UV Lichtkammer


Lichtkammer in action

UV Lichtkammer zum Nachhärten der 3D Drucke aus UV Harz

Der 3D Druck kommt nie völlig ausgehärtet aus dem Drucker

Ein echter Nachteil des DLP 3D Druckes ist das die fertig gedruckten Teile nicht komplett ausgehärtet aus dem Drucker kommen. Durch das anschließende Abwaschen in Isopropanol Alkohol wird zwar das nicht ausgehärtete Harz entfernt, bleiben Oberfläche und Druck recht weich.

Eine einfache Möglichkeit die Drucke weiter auszuhärten ist sie einfach nach dem Druck weiter mit UV Licht zu bescheinen, also einfach in die Sonne stellen. Leider scheint die nicht jeden Tag und abends, meiner bevorzugten Bastelzeit, schon gar nicht. Also brauche ich auch hier eine technische Lösung. Die erste Idee war einfach ein Gerät zum Nagellack härten zu kaufen, aber das schied aus verschiedenen Gründen für mich aus:

Also habe ich mich nach UV LED umgesehen die ausreichend Leitung haben. Die Idee dahinter ist eine Art Würfel zu bauen und in jede Ecke eine LED zu platzieren. Die Kiste innen mit Spiegeln auszukleiden und diesen Würfel einfach über das gedruckte Teil zu stülpen.

Gefunden habe ich die UV-LED bei ebay. Dort werden sie in "Arrays" angeboten, also keine einzene LED, sondern in Gruppen zusammengesetzt, und mit allen erforderlichen Vorwiderständen versehen, so das man sie bequem an 12V Gleichspannung betreiben kann. Geliefert wurden sie direkt aus China, wie so oft ohne Zoll und Steuern hatte ich sie nach ein paar Tagen in der Post.

UV LED 3W

Ebenfalls bei ebay habe ich UV-LED als flexible LED Streifen gefunden. Diese sind preislich sehr interessant, so das ich davon auch fünf Meter bestellt habe. Diese kann ich dann innen an den Würfelkanten entlang verlegen.

UV LED Steifen

Die Spiegel waren ebenfalls einfach als quadratische "Fliesen" im Baumarkt oder bei Ikea zu haben. Meine stammen vom BAUHAUS, sind quadratisch und haben eine Kantenlänge von 15cm. Das 12er Pack hat knapp 10,-€ gekostet.

Spiegelfliesen

Eine 30mm Winkelleiste aus Kunststoff diente als Rahmen. Verklebt wurde die Teile untereinander mit Bad-Silikon.

30mm Winkelleiste

Das einfachste wäre wohl ein Würfel aus 5 Spiegelkacheln gewesen, dort hätte ein Druck von max 15cm x 15cm x 15cm Platz gehabt. Die Displays beider DLP Drucker ist aber "nur" 120mm x 68mm, so das die Grundfläche reicht, in der Höhe können die Drucke bis zu 200mm werden. Also habe ich mich für einen "Turm" entschieden der 2 Kacheln hoch ist. Nun passen Drucke mit max 15cm x 15cm x 30cm hinein.

Spiegelbox

Zuerst habe ich zwei Seitenwände aus je zwei Winkelprofil Abschnitten und 2 quadratischen Spiegeln mit Silikon zusammengeklebt. Vorher wurden alle Klebstellen mit Spiritus entfettet.

Seitenwand

Als nächstes wird eine Seitenwand jeweils um 2 quadratische Spiegel links und rechts erweitert. Auch hier wurden die Klebstellen mit Spiritus entfettet und mit Silikon zusammengeklebt. Dabei halten Kraftklemmen die Spiegel in Position.

Seitenwände

Nun wird die noch fehlende Seitenwand ergänzt. Auch hier, Klebestellen reinigen, kleben mit Silikon, ausrichten und fixieren mit Kraftklemmen.

Spiegelturm

Als letztes noch der Deckel. Dieser soll abnehmbar bleiben um ggf. Reinigungsarbeiten oder Reparaturen zu erleichtern. Auch soll hier ein Spalt zum Turm für einen besseren Luftaustausch zur Kühlung der LED verbleiben. Aus den Winkelleisten Resten wird also ein Rahmen mit Übermaß von 10mm gebaut und mit Kunststoffkleber verklebt. Die Deckelfliese wird wiederum mit Silikon eingeklebt.

Deckel für den Spiegelturm

Trotz der vielen UV-LED im UV-Lichtturm und den Spiegeln, wird das Licht im Turm nicht homogen verteilt sein. Damit nun der Druck von allen Seiten mit UV Licht beschienen wird möchte ich des Druck langsam im UV-Lichtturm drehen. Hier habe ich bei Amazon einen günstigen, motorisch angetriebenen Drehteller gefunden, der mit 12V betrieben wird.

Drehteller

Um nun den Spiegelturm über dem Drehteller zu positionieren und ein wenig Platz für das Netzteil und einen Schalter zu bekommen, habe ich das ganze auf einer Grundplatte montiert und mittels ein paar Leisten eine Auflage für den Spiegelturm gebaut.

Drehteller mit Spiegelturm

Blick in den den Spiegelturm.

Blick in den den Spiegelturm

Im roten Kreis kann man die Spiegelung des Drehtellers erkennen. Die Spiegel sind so gut ausgerichtet das der Drehteller nicht verzerrt oder verschoben erscheint. Das "Bild" setzt sich aus 6 Reflexionen aus 2 Ebenen zusammen.

zusammengesetzte Reflexion des Drehtellers

Das bei den großen Dioden recht viel Wärme abzuführen ist, Glas aber gut isoliert, habe ich ersteinmal die UV-LED auf dem selbstklebenden LED Streifen verbaut. Ursprünglich wollte ich diese zerteilt in den Ecken ankleben, habe mich dann aber dazu durchgerungen die 5m einfach spiralförmig in den Spiegelturm zu kleben, etwas fummelig und schief, aber egal, das Druckteil wird ja auch dem Drehteller gedreht und bekommt so das Licht von allen Seiten ab.

LED Streifen im Spiegelturm

Eingeschaltet sieht das durch die Reflexionen sehr abgefahren aus.....

Eingeschalteter LED Streifen im Spiegelturm

Die ersten Versuchsdrucke habe ich dann hinein elegt und eine Stunde lang "Nachgehärten" lassen.

Teile im Spiegelturm

Weil ich ungeduldig bin, auf dem Drehteller aber nicht genug Platz war habe ich das Dach und die Bodenplatte an Drähten in das Licht gehängt.

Teile im Spiegelturm

...hilft's was? Wie kann ich nun überprüfen das die Light-Show überhaupt irgendeine Wirkung hat, außer den Hobbyraum in unwirklich blaues Licht zu tauchen und Nachbarn zu verängstigen?

Teststreifen

Die Lösung ist ein Plastikstreifen auf dem ich einen Tropfen UV Harz aus der Buddel getropft habe. Dies lief nun munter in dem Lichtturm neben dem Gehäuse mit.

Nach einer Stunde habe ich das Licht abgestellt und mal geschaut was dabei rausgekommen ist.

UV Licht ist nun nicht so gut für die Augen, gerade in höheren Leistungen, wie hier sollte man dabei eine Schutzbrille tragen.

Die hemispherische Lichtkammer

Vom Bau der Lichtkammer hatte ich noch zwei 20W UV LED und elf 3W UV LED übrig, diese benötigen zum Betrieb unbedingt eine Kühlung, so waren sie schlecht in der Spiegelbox zu gebrauchen. Als ich in der Küche eine Salatschüssel von Ikea in die Hand bekam, war die Idee für eine hemispherische Lichtkammer geboren.

Salatschüssel von Ikea

Die Idee ist nun eine der beiden 20W UV LED auf dem flachen Boden zu montieren.

20W UV LED in Salatschüssel

An der Wandung werden weitere 10 UV-LED mit je 3W Leistung verteilt.

3W UV LED in Salatschüssel

Hier die 3W UV-LED in Nahaufnahme.

3W UV LED in Salatschüssel

Als Kühlung für die 20W UV-LED wird außen ein 80mm Lüfter angebracht, der auf die Außenfläche der Edelstahlschale bläst und so die Wärme der LED abführt.

Lüfter für die 20W UV LED

Zentrisch wird ein kleines Loch in die Schüssel gebohrt und die Bohrschablone für LED und Lüfter mit Klebeband fixiert.

Bohrschablone für LED und Lüfter

Mit dem Automatik-Körner werden nun alle Bohrungen angekörnt.

Bohrungen angekörnen

Um die zehn 3W UV LED halbwegs regelmäßig auf der Mantelfläche der Schale zu verteilen habe ich sie auf zwei Ebenen mit je fünf LED verteilt. Als Maßstab dabei dient eine Markierung des Abstandes "Umfang/5" und "Umfang/10", sowie die Höhen der LED. Angezeichnet werden die Lagen mit einem Filzstift.

Muster für Bohrungen

Die Löcher für die 20W UV-LED und den 80mm Lüfter sind bereits eingebracht. Die Lagen der zehn 3W LED's angezeichnet.

Muster für Bohrungen

Die zweite 20W UV-LED wird seitlich eingebaut. Da die Fläche hier nicht flach wie am Boden ist wird in die Mantelfläche ein 60mm Loch für einen Alu-Kühlkörper und einen weiteren 60mm Lüfter benötigt. Auch hier wird die Bohrschablone mit Klebeband auf der Mantelfläche befestigt, gekörnt und gebohrt.

Bohrschablone auf der Mantelfläche

Das 60mm Loch für den Kühlkörper wird mit einer 60mm HM bestückten Bohrkrone hergestellt. Das ist auch für den Bosch Akkuschrauber an der Lastgrenze, gerade der Edelstahl ist zäh.

60mm Bohrkrone

Aber es geht, mit wenig Kraft und maximaler Drehzahl bahnt sich die Bohrkrone auch handgeführt den Weg. Vorsicht ist gerade beim Bohren dünnwandiger Werkstücke aller oberstes Gebot. Aber hier hat es gut geklappt.

60mm Bohrkrone

Nach dem Entgraten wird auch noch ein Anschluß für 12V= in Form von zwei 4mm Einbaubuchsen hergestellt. Nun beginnnt die Montage der hemispherische Lichtkammer.

12V= Anschluss

Das Einschrauben der LED zieht sich etwas, viele kleine Schrauben. Nach dem Verschrauben werden die Kabel nach außen geführt. Innen sind nun die beiden großen 20W UV LED und die 11 kleineren 3W UV LED zu erkennen.

alle LED eingebaut

Eine der beiden großen 20W UV LED ist am platten Teil des Bodens verschraubt. Sie nutzt die Schale als Kühlkörper, der Lüfter ist außen angebracht.

20W LED platt am Boden

Die andere große 20W UV LED ist auf einen seitlich an der Mantelfläche eingelassenen Alu-Kühlkörper verschraubt. Die konkave Form der Mantelfläche ermöglicht es nicht die LED flach aufzuschrauben, die notwendige Kühlung wäre anders nicht zu gewähleisten gewesen. Außen ist ebenfalls ein Lüfter montiert.

20W LED auf Alu-Kühlkörper

Die restlichen elf 3W UV LED werden seitlich auf die Mantelfläche geschraubt. Die konkave Form wirkt sich bei den viel kleineren LED nicht weiter störend aus, sie können flach aufgeschraubt werden und die notwendige Kühlung erfolgt über die Wandung der Schale.

3W LED auf Mantelfläche

Außen sind auf der Schale nur die beiden Lüfter der 20W UV LED zu erkennen und die vielen kleinen M2 Schraubenköpfe der 3W UV LED's. Als nächstes erfolgt die Verdrahtung aller LED und Lüfter.

Außenseite

Fazit

Der Bau des Lichtkastens und der hemispherischen Lichtkammer ging schnell, und obwohl es "unübliche" Bauteile sind, war er am Ende günstiger als die Fingernagel UV Lichtgeräte. Dafür passen auch größere Druckteile hinein, für den Bauraum des DLP 3D Drucker "Anycubic Photon" und "Wanhao D7 Duplizierer 7v1.4" reichen sie völlig aus.