Elefantenfuß im 3D-Druck: Ursachen, Messung und Kompensation

Thema: 3D-Druck: Einstellungen, Material & Fehler

Ein Elefantenfuß fällt meist erst auf, wenn ein Druckteil nicht in seine Aufnahme passt oder ein Deckel kippelt. Ein Kompensationswert im Slicer korrigiert dann zwar die erste Schicht, nicht aber die Ursache. Oft ist die breite Unterkante sogar Folge einer Abwägung: Eine stark angedrückte erste Schicht haftet besser und kostet dafür Maßhaltigkeit.

Was beim Elefantenfuß an der Unterkante passiert

Beim FDM-Druck wird die erste Schicht gegen das beheizte Druckbett gedrückt und dadurch nach Prusa meist etwas breiter als vorgesehen. Polymaker beschreibt das Fehlerbild weiter: Die untersten Schichten wirken seitlich herausgequetscht, erst nach einigen Schichten normalisiert sich der Druck.

Damit ist der Elefantenfuß vor allem ein Maßfehler. Eine Unterkante, die einige Zehntelmillimeter übersteht, verhindert planes Anliegen oder eine saubere Passung. In Bohrungen wirkt derselbe Effekt nach innen.

Ursachen: Düsenabstand, Betttemperatur und Fördermenge

Polymaker nennt zwei Hauptursachen: eine zu nah am Bett stehende Düse und ein Druckbett über der Glasübergangstemperatur T_g des Materials. Eine dritte folgt aus dem Volumenmodell im Rechenbeispiel: Mehr Fördermenge bei gleicher Schichthöhe ergibt eine breitere Bahn.

Für PLA nennt Polymaker höchstens 60 °C Betttemperatur, teils nur 50 °C; verbindlich sind die Angaben des Filamentherstellers. Hintergründe liefern die Beiträge zur Druckbettheizung und zum Extrusionsmultiplikator.

Laut Prusa werden PETG und andere Hochtemperaturmaterialien etwas stärker angedrückt, weil sie eher zum Verziehen (Warping) neigen. Mangelnde Haftung allein durch tieferes Andrücken auszugleichen, lehnt Prusa ab, denn eine zu tiefe Düse kann das Stahlblech beschädigen. Wirksamer sind ein mit Isopropanol (mindestens 90 %) entfettetes Blech und passende Haftmittel für das Druckbett.

Eigenes Rechenbeispiel: vom Höhenfehler zum Kompensationswert

Wir nehmen eine erste Schicht mit h = 0,20 mm und b = 0,45 mm an. Slic3r modelliert den Bahnquerschnitt als Rechteck mit halbkreisförmigen Enden: A = (b − h) × h + π × h² / 4 ≈ 0,0814 mm². Steht die Düse 0,05 mm zu tief und fördert der Extruder vereinfacht dieselbe Menge, muss derselbe Querschnitt in einen Spalt von 0,15 mm passen: b = A / h + h × (1 − π/4) ≈ 0,57 mm.

Bei 0,30 mm erster Schicht, dem Standard der Cura-Grunddefinition, wirkt derselbe Fehler nur etwa halb so stark, weil er relativ kleiner ist.

Für den Kompensationswert zählt die Messung. Angenommen, ein 20-mm-Prüfwürfel misst mit dem Messschieber unten 20,30 mm und ab etwa 2 mm Höhe 20,02 mm. Bezug ist die Breite weiter oben, nicht das Nennmaß, damit eine allgemeine Maßabweichung außen vor bleibt. Der Überstand je Seite beträgt (20,30 − 20,02) / 2 = 0,14 mm.

Ein Höhenfehler von 0,05 mm erklärt davon nur etwa 0,06 mm; bei deutlich größerem Überstand lohnt zuerst der Blick auf Betttemperatur und Fördermenge. Wie solche Werte vorzeichenrichtig bewertet werden, zeigt der Beitrag zur Sollwertabweichung am Werkstück.

Kompensation im Slicer oder Fase in der Konstruktion

PrusaSlicer bietet unter „Print Settings – Advanced“ die „Elephant foot compensation“, die die erste Schicht verkleinert. Als Richtwert nennt Prusa etwa 0,2 mm bei 0,4-mm-Düse. Die offiziellen Profile haben sie aktiviert, und dünne Linien werden seit Version 2.2 erkannt und nicht zu stark verkleinert.

In Cura heißt die Entsprechung „Initial Layer Horizontal Expansion“: ein Versatz auf alle Polygone der ersten Schicht, Standard 0 mm, negativ gegen den Elefantenfuß. Weil ein Versatz je Kante wirkt, ändert sich ein Außenmaß um den doppelten Betrag. Im Beispiel ergibt das in Cura −0,14 mm, in PrusaSlicer wird der Wert positiv eingetragen; die erste Schicht wird außen 0,28 mm schmaler. Weil Cura alle Polygone versetzt, wächst dort auch eine Bohrung in der ersten Schicht um 0,28 mm.

Konstruktiv fängt eine kleine Fase an der Unterkante, etwa 0,4 mm × 45° (eigene Annahme), den Wulst auf; die Geometrie erklärt der Beitrag zur Berechnung der Fasenbreite. Fase und Kompensation auf derselben Kante addieren sich. Für hartnäckige Fälle nennt Polymaker ein Raft, das Teil und Bett trennt.

Typische Fehler und Grenzen

Der häufigste Fehler ist, die Kompensation als Ersatz für eine richtig eingestellte erste Schicht zu nutzen. Die Einstellung wirkt nur auf die erste Schicht; reicht der Wulst über mehrere Schichten, bleibt ein Rest. Die Kompensation schwächt zudem die Verbindung zu einem Brim. Hält dieser nicht mehr am Teil, ist der Wert nach Prusa vermutlich zu hoch.

Ein Kompensationswert gilt nur für die gemessene Kombination aus Material, Betttemperatur, Höhe der ersten Schicht und Druckblech. Er gehört deshalb in das jeweilige Material- oder Druckerprofil.

Nicht jede breite Unterkante ist ein Elefantenfuß: Hebt sich eine Ecke vom Bett ab, liegt Warping vor, an dem eine Kompensation nichts ändert. Umgekehrt kann stärkeres Andrücken gegen Warping den Elefantenfuß verstärken.

Prüfliste: Elefantenfuß gezielt beheben

Erst Ursachen beseitigen, dann den Rest geometrisch ausgleichen. Die Liste ist ein eigener Vorschlag.

• Breite an der ersten Schicht und ab etwa 2 mm Höhe messen, Überstand je Seite berechnen.
• Z-Versatz in kleinen Schritten anheben, solange die Haftung sicher bleibt.
• Betttemperatur mit den Herstellerangaben vergleichen und bei Bedarf schrittweise senken.
• Fördermenge prüfen, bevor die Geometrie korrigiert wird.
• Restüberstand im Slicer kompensieren oder eine Fase vorsehen, nicht beides mit vollem Wert.
• Je Durchgang nur eine Größe ändern und den Wert mit Material und Druckblech im Profil notieren.