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Ultimaker Community of 3D Printing Experts
ufish

2 Düsen, 2 Layerhöhen

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Moin zusammen,

mein Name ist Carsten und ich arbeite jetzt seit fast einem Jahr mit 3D-Druckern. Erst war es ein RF-100 inkl. Kabelbruch und nun ist es ein RF100(v2) und seit neusetem auch ein Ultimaker 3. Beide versehen zuverlässig ihren Dienst.

Nun zu meinem Anliegen:

Für ein Funktionsbauteil (Propeller) möchte ich gerne alles, ausser dem Outer Wall, mit FormFutura CarbonFill (PETG mit Carbonfasern) drucken. Die Aussenseite soll HDGlass (PETG) vom selben Hersteller werden. CarbonFill hat aufgrund der Faserfüllung eine recht hohe Layerdicke (0.35mm). Das ist natürlich für die Aussenseite eines Propellers deutlich zu grob. Meine Idee ist die Aussenseite in einem vielfachen der Innenlayer in der Höhenauflösung zu drucken. Ich hab schon viel gesucht, aber noch keine Lösung dafür gefunden. Das CarbonFill soll die notwendige Steifigkeit sicherstellen, während das HDGlass für eine gute Oberfläche sorgt.

Nur finde ich dafür keine Lösung. Die Aussenseite it dem zweiten Extruder zu drucken habe ich geschafft, aber dann bleiben wegen der abhängigkeit der Layerhöhen zw. den Extrudern noch das Problem mit der Auflösung in Z-Richtung. Durch die Form ist ein ein anderes Ausrichten in Bauraum auch nicht zielführend. So, ich hoffe dass ich das Problem ausreichend verständlich beschreiben konnte.

 

Grüße uFish

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Hallo

mit Cura geht das nicht, da für beide Print Cores immer die gleiche Layerhöhe verwendet wird.

 

Aber, ich habe erst vor wenigen Tagen gelernt, das Simplify3D dieses Feature hat, da kannst du z.B. für Infill andere Layerhöhen verwenden also für die Outerwall. 

 

Hier der entsprechende Artikel von Digibike:

 

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2 hours ago, ufish said:

Für ein Funktionsbauteil (Propeller) möchte ich gerne alles, ausser dem Outer Wall, mit FormFutura CarbonFill (PETG mit Carbonfasern) drucken. Die Aussenseite soll HDGlass (PETG) vom selben Hersteller werden.

 

Keine Antwort auf Deine Frage, aber mir geht zu dem Plan folgendes durch den Kopf:

 

Ich weiß nicht, wie sich das beim RF100 verhält, aber wenn Du CarbonFil mit dem UM3 (in Standardausstattung) verwenden willst, solltest Du die Warnung vom Hersteller durchaus ernst nehmen ("Achtung - abrasives Material" - oder so ähnlich).

Es kann gut sein, das Du schon nach weniger als einer Rolle den Core und Feeder tauschen musst.

 

...und wenn ich die Reviews richtig verstanden habe, ist CarbonFil zwar leichter und sieht cooler aus als normales PETG. es ist aber keinesfalls stabiler oder steifer (eher im Gegenteil) - die eingebetteten Carbon-Schnipsel sind wohl viel zu kurz, um etwas zu bewirken.

Hast Du andere Erfahrungen damit gemacht?

 

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Moin,

Danke für die Antworten. S3D hatte auf dem Schirm, aber auch gelesen das es mit dem UM3 zumindestns zu Anfangs Probleme gab. Ist das mittlerweile gelöst? Auf des Angebot mit dem Slicen lassen komm ich zurück, kann aber noch ein paar Tage dauern bis ich alle einstellungen für die Filamente habe. Melde mich per PM.

 

CarbonFill:

gegen den Verschleiss liegt hier ne Everlast Düse mit HardCore PrintCore. Das soll helfen :-)

Das mit der Steifigkeit ist zu untersuchen, nach den Angaben geht der E-Modul von 1940 auf 3800 MPa hoch, das wäre also schon eine Hausnummer. Wieviel nach dem Drucken davon noch bleibt wird sich zeigen. Hängt wohl auch mit der Druckrichtung zusammen, da sollte es zu einer Art von Faserausrichtung kommen. Mal schauen was es ergibt. Die Heattower jedenfalls lassen noch zu wünschen übrig was die Haftung zwischen den Layern angeht. Optik ist ganz nett, aber hier grade gar nicht erwünscht, viel zu rau um es als Propeller einzusetzen.

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 Das Problem bei Carbon ist, dass es auf Zug entlang der Faser  etwas 7 mal Belastbarer ist, wie Stahl.Aber eben nur auf Zug entlang der Faser. Druck muß das Medium (idealer weise unter Vakuum gebackenes Harz) aufnehmen, was die Schwachstelle ist.

Daher wird das Carbongewebe auch in mehreren genau definierten Winkeln (je nach einwirkender Kraftrichtungen) ausgerichtet mehrlagig einlaminiert. Der Gewichtsvorteil von einem 7.tel zu Stahl ist also nur Theoretisch (außer, die Kräfte kommen wirklich nur aus einer Richtung, dann hebt der Faden...).

Hier haben wir nun 2 Probleme: Du verwendest kein unter Vakuum in Harz eingebetetes Carbon, sondern PLA, dass alles andere als in Vakuum geformt wird. Zum 2.ten hast du weder definierte Winkel, geschweige den definiert entlang dem zu erwartenden Kräfteverlauf noch hast du eine durchgehende Faser, sondern nur "lose" in "PLA-Tropfen" eingebettete Micro-Schnipsel, die keinerlei Verbindung (zumindest fester Carbon-Art), die Kräfte verteilen könnten.

 

Die zu erwartende Festigkeit bleibt mit ziemlicher Sicherheit hinter dem, was man erwartet.Vermutlich erreiche ich entlang des Layers eine "ansprechende" Festigkeit, aber da würde ich MAX-PLA oder nachkristalisiertes PLA  + deutlich mehr zutrauen... Allerdings die Layerhaftung untereinader (delaminierung) wird vermutlich bei dem Carbonfilament hinten dran bleiben...

PLA hätte 2 riesen Vorteile: Billiger und deutlich weniger Abrasives Verhalten.

 

Aber das muß der Ufish selbst wissen. Wäre nur interessant, was für ein Durchmesser, welche Steigung und welche Drehzahl das Teil machen soll... Ich würde dem jedenfalls nicht allzuviel zu trauen. Für die Anwendung wäre Nylon definitiv das deutlich bessere Material...

Nicht unbedingt einfacher zu drucken, aber defintiv viel besser gegen Delaminieren gewappnet, sehr fest und doch flexibel genug, um die Verwindung durch Druck- bzw. Zug-Kräfte im Betrieb aufzunehmen.

Gleichzeitig ist es eigentlich auch besser, dass gleiche Material für Perimeter und Infill zu verwenden. Hat mit der Chemischen Verbindung und den identischen Verarbeitungstemperaturen zu tun. Unterschiedliche Materialien verhalten sich unterschiedlich (teilweise gewollt, aber in dem Fall eher Nachteilig) und bei unterschiedlichen Temperaturen gibt es am Übergang vom "kälter" gedruckten Material zum "heißer" gedruckten delaminierungseffekte schon ohne große Krafteinwirkung. Umgehrt vom heißeren auf´s kältere drucken nicht, das das Material beim Auftragen das "Kältere" etwas "anlöst" und richtig porig sich verbindet - ist ungleich fester verbunden. Aber das nur nebenbei als Hintergrundinfo. Ich weiß ja nicht, ob er das schon probiert/bedacht hat?

Wie gesagt, erstellen kann ich den Gcode. Ich habe mit der Kombi Simplify + UM3 eigentlich nur ein Problem bisher mit der Pausetaste, das offensichtlich da der Core nicht berücksichtigt wird und entsprechend je nach Core danach ein Versatz auftritt, weshalb die Pause-Funktion für mich unbrauchbar ist und nicht benutzt wird. 

Aber irgendwelche FW Modifikationen o.ä. hab ich nie gemacht - nur die Ultimaker FW-updates drauf gezogen, wenn er mal wieder "geschrien" hat, da wäre was neues...

Ich persönlich hielte es eh für Sinnvoller, dass Material zu belassen und lediglich den Infill in der Layerhöhe als Vielfaches zu drucken.

Aber es gilt auch zu beachten, dass die Perimeter i.dr. deutlich stabiler sind, wie die Verbindung des Infills zu den Perimetern.

Also statt 2 Perimeter 5 Perimter wird vermutlich deutlich mehr Festigkeit bringen, als statt 20% 70 % Infill. Höher würde ich beim Infill eh nicht gehen, da das mehr Probleme als Positive Effekte (Neben der Druckdauer und Materialverbrauch kommen da noch Thermische Probleme je höher die dichte des infills wird und das steigende Gewicht im Verhältnis zur Festigkeitssteigerung - über 70 % geht da eigentlich nur noch das Gewicht hoch, aber kaum nennenswert die Festigkeitssteigerung - und schon erst recht im Verhältnis zur Gewichtssteigerung...). 

Aber sind meine Persönlichen Erfahrungen - ich will Ihm das nicht ausreden, aber halt darauf hinweisen, was dabei vermutlich rauskommen wird. Wäre auf jedenfall  gespannt, was für Dimensionen das Teil haben soll und für welche Drehzahlen und wie es letztlich dann geklappt hat...

 

Gruß, Digibike

Edited by Digibike

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6 hours ago, ufish said:

gegen den Verschleiss liegt hier ne Everlast Düse mit HardCore PrintCore. Das soll helfen 🙂

 

HardCore ist schon mal gut, hättest Du ja auch gleich sagen können! 🙂

Hast Du den Feeder auch auf etwas anderes umgerüstet? Das Transportrad (knurled wheel) vom UM3-Feeder wird vom Carbon-Anteil relativ schnell glatt geschliffen - und das gibt es als Ersatzteil nicht einzeln (soweit ich weiß) - nur den kompletten Feeder. Das kann auf Dauer etwas teuer werden...

Nylon (PA) finde ich eine gute Idee - das solltest Du mal testen (und gibt es bei Bedarf auch mit Carbon-Füllung 🙂)

 

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Moin,

richtig ist das Carbon im idealfall mit Harzen im Autoklav verbacken wird. Da geht es aber darum das eingeschlossene Luft in der Matrix minimiert wird und über die Temperatur eine Festigkeitsstiegerung im Harz erreicht wird, bzw bei heiß härtenden Harzen diese überhaupt in realen Zeitmaßstäben reagieren. Mit der Faser hat das erstmal nichts zu tun.

Das ein loses Gewirr ähnlich wie bei Matte gegen Gewebe/Uni-/Multidirektionalen Lagen nicht anstinken kann ist selbstreden. Aber und das ist doch der Punkt, immer noch besser als reines Harz, oder hier aufgeschmolzener Kunststoff. 

 

Um Gewichtsvorteil geht es mir nicht, bis jetzt sind die Dinger aus Messing und von Hand aus dem vollen gehauen. Dafür halt Steif. Und darum geht es mir. Wir haben auch SLS-PA12 gefertigte hier, die sind weich wie Gummi. Sieht man prima auf Aufnahmen im Standschub, da flexen die Blätter nach hinten das es die wahre Freude ist.

Wir haben schon mal testweise (quick&Dirty) Standard PLA gefahren, das ist besser als die PAs, egal ob ungefüllt oder auch Glasgefülltes PA. Beides ist zu weich. Aber auch das PLA ist noch zu weich. Wir haben ein reines Steifigkeitsproblem. Wie so häufig bei Kunststoffen. Und aus der festligenden Geometrie ergibt sich das nur ein heraufsetzen des E-Moduls erfolgversprechend ist. Das geht halt nur über eine Füllung des Grundmaterials. Idealerweise mit Fasern, aber die limitieren wiederum den Düsendurchmesser und damit die Auflösung in Z. Daher die Idee die Aussenlage im selen Grundwerkstoff zu drucken, nur ohne Füllstoffe um hier feiner auflösend mit wenig Nacharbeit auszukommen.

 

Durchmesser:100mm

Drehzahl: 30Hz

Medium Wasser. Und da ist alles unverstärktes Material raus, s.o.

 

Gleiches Material:

Deswegen ja HDGlass für die Aussenlage, und wirklich nur die outer Wall, Inner Wall und Infill in CarbonFil. Das CarbonFil ist (lt. Hersteller) mit Carbonschnipseln gefülltes HDGlass. Also bei beiden PETG als Grundlage. Selber Hersteller, selbes Ausgangsmaterial, da erwarte ich wenig Probleme mit Layerghaftung oder Verzug aus unterschiedlichen Temperaturen. Infill nach oben zu schrauben ist kaum möglich, wir reden hier über 3x0.6mm Perimeter je Lage, vielleicht 4x, da passt nichts mehr rein.

 

Mit MaxPLA meinst du das Polymax? Das hat nur 1800-1900MPa. Also schon mal die hälfte von carbonFil. Das ist auch meine Wissensstand das wenn Schlagzähigkeitswerte raufgehen die E-Module bei Kunststoffen sinken. PLA+? Das von ESun?

 

Das ColorfFabb PA mit Füllung hatte ich nicht auf dem Schirm, klingt spannend, leider gibt es keine Herstellerangeben zum E-Modul. Der Feeder ist noch Original. Noch gehts, mal sehen. Habe bis jeztz auch nur Heattower und bei Testwürfel gedruckt. Durch die aufspringenden Fasern bin ich auch Übermaßig, was wohl draus resultiert das querliegende Fasern in der Düse gebogen werden damit sie passieren können und danach wieder in ihre Ausgangsform zurückkehren. Das wird sich sich wohl kaum verhindern lassen. Noch ein Grund die äußerste Lage in ungefüllt zu drucken.

 

Grüße uFish

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Mal abgesehen vom Material: was soll denn mit dem Modell erreicht werden?

  • Was zum Anfassen?
  • Verifizieren von Geometrieparametern?
  • Echte Funktion als Antrieb oder Abtrieb?

Die gleiche Bauteilsteifigkeit wird man bei gleicher Geometrie mit anderem (sprich: weicherem) Material kaum erreichen können. PA hat 1-3GPa E-Modul, Messing 80-120GPa.

 

Grüsse,

dxp

 

Quellen:

https://www.kern.de/de/technisches-datenblatt/polyamid-pa-66?n=1142_1

https://de.wikipedia.org/wiki/Messing

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Echtwelt Messungen. Also das Ersetzen der aufwendig gefertigten Propeller gegen gedruckte. Ist Forschung. Die Fragestellung ist nicht Messing gleichwertig zu ersetzen, sondern wie die Modellparameter angepasst werden können/müssen. Das die E-Moduli nicht identisch werden ist klar. Aktuell geht es erstmal darum zu schauen wo man mit welchen Technik hingelangen kann. 

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Hallo Carsten,

 

1 hour ago, ufish said:

Echtwelt Messungen

ah, ok. Dann also Abmessungen anpassen, gleiche Durchbiegung etc. Man kann das ja auch als Positiv für Gussformen nehmen. Aber zurück zum Thema.

Cura kann Outer und Inner Wall je einen eigenen Extruder zuweisen (hast Du sicher schon rausgefunden). Initial Layer Heigt unter Cura hat noch die Settings [0.27,0.27] als ob man da per Extruder was setzen könnte. Geht aber nicht. Lediglich bei Infill Layer Thickness lässt sich mit einem Vielfachen der Layer Thickness spielen. Vielleicht hilft das weiter.

Zu Simplify3D kann ich nichts sagen.

 

Viel Spaß beim Forschen!

 

M.

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PLA +:

leider geht Filamentworld nur auf die Schlagzähigkeit ein. Die zu steigern bedeutet i.R. das E-Modul, was ja die Steifigkeit als einzige Materialeigenschaft beeinflußt, runter geht. ich werde trotzdem mal nachfragen ob es Werte zu gibt. So wie es aussieht werden wir wohl um S3D nicht herumkommen, und dann mal sehen wie die Drucke werden.

 

Grüße

uFish

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4 hours ago, ufish said:

So wie es aussieht werden wir wohl um S3D nicht herumkommen, und dann mal sehen wie die Drucke werden.

 

Ich hab irgendwie nach jeder Antwort ein paar neue Fragen... 🙂

 

In S3D kann man aber nur einen anderen Extruder für alle Perimeter auswählen -  die Unterscheidung in "inner" vs. "outer wall" gibt es dort nicht, oder?

In der Praxis geht es doch aber sowieso nicht nur um die Perimeter, sondern um alle Oberflächen? Da bei einem Propeller die Oberflächen wohl weder rechtwinklig noch eben sind, wird das doch mit keinem Slicer automatisch funktionieren...?

 

Kannst Du nicht "Umhüllung" und "Kern" gleich als separate Objekte modellieren? Dann müsste es sich doch "ganz normal" für Dual-Extrusion slicen lassen...

Und warum müssen es überhaupt verschiedene Layer-Höhen sein? Wird CarbonFil mit dickeren Layern stabiler, oder geht es nur darum, Druckzeit zu sparen?

 

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So wie ich das verstanden habe, bekommt er keine feinere Layerhöhe hin. Hat wohl mit den Schnippseln zu tun.

Vermute mal, wird ähnlich wie bei Laywood sein - feiner Verstopft da nur eher. Hier kommt dann noch dazu, dass

das extrem Abrassive Material mit "Gewalt" durch gequetscht werden muß, was das ganze noch Verschäft.

Für eine feine Oberfläche zu grob. 

Ich kann in Simplify einem Extruder das Infill (in diesem Fall das Carbon-Material) zuweisen. Diesem kann ich

inkl. Layerhöhe und z.b. "Drucke jeden 3.ten Layer Infill mit der Layerhöhe x" definieren. Eigentlich kann ich

hierbei alles separat definieren. 

Alles andere Druckt er dann mit dem anderen Extruder. So spart man sich mitunter auch das lästige Abkühlen

und Aufheizen pro Layer... 

Gleichzeitig steigt die Festigkeit an - je gröber die Auflösung in Z (Layerhöhe) ist.

Ich müßte mir mal anschauen, wieviel Differenz max. Versatz zwischen den beiden Core´s drin ist.

Wenn man das nämlich fein versetzt, so dass es knapp in der Höhe bis zum Ende hin Variiert, gibt

es (theoretisch) nur noch 2 Layer im günstigsten Fall, bei denen die einleitende Kraft komplett

2 Layer sowohl im Perimeter wie auch im Infill delaminieren könnte, sprich, die Einleitenden Kräfte

werden Verteilt und Verzweigt.

Und die Oberfläche muß doch auch nicht rechtwinklig sein, das erreicht man doch mit Erhöhung der Top-Layer

bzw. Buttom-Layer-Anzahl, je nachdem, ob die Rundungen unten oder oben sind. 

So erreicht man ja auch bei Rundungen bzw. Kugeln, dass die Oberfläche geschlossen wird.

 

Gruß, Digibike

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Ist das so das nur Cura zwischen dem Extruder für Inner und outer Wall unterscheidet? Und S3d nicht? Also in S3D die Extruder lediglich dem Infill oder den Perimetern zugeordnet wäre? Arghhh................!

Wie Digibike richtig schrieb muss für das gefüllte Filament die Layerhöhe deutlich größer sein muss als es für eine gute Oberfläche wünschenswert ist. Daher ja die Idee nur den Outer Wall in fein zu drucken. Wenn ich das richtig sehen wäre es mit S3D nur möglich die Perimeter vom Infill zu trennen (extruderseitig). Das hieße dünne (einlagige?) Perimeter und den Rest via Infill. Was halt nicht schön ist, da die Perimeter in etwa den Belastungsrichtungen entsprechen und demnach das Infill da ist, so aber kaum zum Steifigkeit beiträgt, da die Ausrchtung "falsch" ist. Puh, alles nicht so einfach.

 

@digibike:

die Idee mit der variablen Layerhöhen ohne gemeinsamen Teiler hat was. Stell ich mir noch schwieriger zu slicen, also ohne Kollision, wie wenn die Perimeter z.B. ein viertel des Infill ist. Aber gut, das ist SW-technisch gelöst; oder auch nicht. Wäre toll wenn du mal schauen könntest ob S3D das zulässt.

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Hi @Ufish,

 

also als Info: Generell läßt Simplify alles mögliche zu. Das wurde mir beim ersten Layer auch schon zum Verhängnis, da ich für den ersten Layer eines Teils, einen Process kopieren wollte, aber versehentlich nicht kopiert sondern einfach einen neuen eingefügt hatte. Schlauer weise habe ich im Schnellgang nur modifiziert, aber nicht überprüft. Den Druck hatte meine Frau am nächsten Tag gestartet (aus gerechnet den, wären noch 3 weitere auf dem USB-Stick gewesen, die alle Fehlerfrei waren...) und hat auch nicht abgewartet, was er macht. Ergebnis: Layer 1 war ein Bauteil wie gewünscht, Bauteil 2 in "Luftiger" Höhe, mit entsprechender Haftung... Hat mir schön die Düse "zugeschmiert", bis ich heim kam und das Drama bemerkte.

Dieser Versatz der Layerhöhe funktioniert bis zu einem gewissen Punkt. Daher brauche ich für dieses Spiel auch die Layerhöhe des Perimeters sowie die Minimale und die Maximale Layerhöhe des Infillmaterials, das du verarbeiten möchtest.

Dadurch kann ich, im Rahmen dessen, was der Höhenversatz des UM3 so hergibt, mehrere Processe definieren und damit praktisch mal den Perimeter überstehen und mal das Infill überstehen lassen, so das es nie (bis auf 1.ter und letzter Layer), einen "durchgehenden"

Layer gibt. Das bewirkt, je nach Versatzverhältnis (ideal wäre genau Mitte zwischen 2 Infill-Layern, da da das Verhältnis 50:50 wäre), dass sich die Auftretenden Kräfte aufsplitten und entsprechend auf die beiden Layer verteilen. Damit sind pro Layer entsprechend die Delaminierungsgefahr entsprechend. So ein bischen wie Mauern hochziehen - da versetzt man die Steine ja auch jede Lage...

Wird halt eine kleine Rechnerei werden - ja nachdem wieviele Layer es sind...

Inner und Outer unterscheidet Simplify intern, aber nicht bei den Einstellungen (außer, dass ich sagen kann, ob die Perimeter von Innen nach außen oder umgekehrt gedruckt werden sollen, aber damit hat es sich dann - zumindest kenne ich da sonst nichts weiter...).

Dünne Perimeter ist relativ. Die Anzahl der Perimeter spielt ja auch noch in die "Dicke" der Perimeterwall rein. Bsp.: ich Drucke den Perimeter mit 0,25, mache aber davon 6 Stück, habe ich trotzdem eine Wandstärke von 1,5 mm.

Allerdings verstehe ich deinen Einwand mit der Belastungsrichtung nicht so ganz?! Infill und Perimeter sind doch alle gleich ausgerichtet?! Was für einen Unterschied soll es da machen/geben? Wenn deine Perimeter in Belastungsrichtung sind,

wird es das Infill genauso sein. Die Druckrichtung ist bei beiden die selbe, egal ob gleiche Höhe oder nicht und egal, ob der

Slicer da zwischen innen und außen unterscheidet. Das Resultat ist immer das selbe.

Das änderst du nur, wenn du das Bauteil entsprechend anders ausrichtest/konstruierst. Die niedrigste Belastbarkeit wird bei

FDM-Druck immer in Layerrichtung sein, weil hier im Prinzip nur der eine Layer auf den anderen "gebappt" wird.

Da gibt es nun unterschiedliche Materialien, die besser mit dieser "Delaminierkraft" klar kommen und solche, die weniger

gut damit klar kommen und letztlich kommt es auch noch drauf an, wie schnell und wie heiß du das ganze druckst.

Zu heiß/langsam ist nichts, da verköchelt das Material, zu kalt/schnell ist nichts, da wird die Verbindung der Layer untereinander

immer schlechter (dafür, bis zu einem gewissen Punkt, die Detailtreue immer besser, da praktisch das Material schon vom Weg

von der Düse zum Material zu "kalt" ist, um noch großartig zu verfliessen...

 

Gruß, Digibike

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