Vom *.stl zum gedruckten Modell

[Luna-M]

Hier nun der angekündigte neue Beitrag in dem ich mal zeigen will, wie aus einer frei im Internet heruntergeladenen *stl-Datei ein gedrucktes Fahrzeugzeug im Maßstab 1:200 entstanden ist. Fragen und Hinweise sind willkommen. Es soll also darum gehen, wie man selbst drucken kann.
Wer eine Diskussion führen möchte, ob 3D-Druck überhaupt noch Modellbau ist, den möchte ich aber bitten dafür einen eigenen Beitrag zu erstellen

Wie gesagt, ich will hier am Beispiel dieser stl-Datei https://rigmodels.com/model.php?view=Tr ... TCLBMCUCTO

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für das 3D-Modell eines MB-Sattelzuges (Bild aus der Vorschau der Website) erläutern wie dieses Modell entstanden ist.

20220124_091825a.jpg (97.73 KiB) 13096 mal betrachtet

Da ich im Bereich 1:200 bisher nur wenig Erfahrung habe ist bei den Druckversuchen auch nicht Alles glatt gelaufen. Ich werde darauf zu gegebener Zeit zu sprechen kommen.

Viele Grüße
Jochen

[Oliver]

Das sieht ja ganz TOLL aus!

Wir sind sehr gespannt, was Du uns dazu noch sagen kannst.
Vor allem wäre mal gut auch eine Abschätzung zu bekommen, was an technischen Voraussetzungen so nötig ist, und wieviel man dafür ausgeben sollte.
Kann mir vorstellen, dass es dort eine Große Bandbreite gibt...

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That looks really GREAT!

We are very curious what you can tell us about it.
Above all, it would be good to get an estimate of what technical requirements are necessary and how much you should spend on them.
I can imagine that there is a wide range...

[Luna-M]

3D-Druck – was man braucht.

PC - Hardware - Software

Benötigt wird ein PC, auf dem einige Programme installiert werden müssen. Man muss kein Programmierer sein, aber ein paar Grundfertigkeiten im Umgang mit der Rechenmaschine sind sicher notwendig, da man sonst zu schnell die Lust verliert. Hilfe findet man auf vielen Webseiten und es gibt gute Videos.

Will man seine eigenen Konstruktionen erstellen sind dafür entsprechende Grafik-Programme erforderlich, die eine längere Einarbeitungszeit erfordern. Für die 3D-Modellierung und Konstruktion werden eine Reihe professioneller Programme angeboten, für die dann aber auch hohe Lizenzgebühren anfallen. Für Einsteiger reichen die kostenfreien Versionen die zunehmend als Browseranwendung angeboten werden. Bekannt sind Blender, Fusion360 oder Sketchup. Für den Anfang braucht man diese Werkzeuge aber nicht zwingend, deshalb hier auch nur die Erwähnung.

Was man auf jeden Fall benötigt, ist ein Viewer für die stl-Dateien. Das Dateiformat stellt bisher einen Standard für druckbare Modelle dar. Dabei werden alle Oberflächen in Dreiecke zerlegt. Im Viewer kann man das 3D-Objekt in der Regel von allen Seiten betrachten. Ich benutze hierfür das Microsoft-Tool 3D-Viewer. Dieser Betrachter kann auch andere 3D-Objektformate anzeigen, die aus den Zeichenprogrammen abgeleitet werden. Bekannt sind hier *.obj, *.fbx, und viele andere, die aber in der Regel nicht die Druckprogramme eingelesen werden können. Beim Dateien herunterladen, also immer darauf achten *.stl auszuwählen.

Das nächste benötigte Programm ist der Slicer. Dieses Programm schneidet das 3D-Modell horizontal in Scheiben. Vorher erzeugt es die für den Druck erforderliche Stützstruktur (dazu später mehr). Eines der bekannten Programme ist Prusaslicer. Aus Gewohnheit verwende ich CHITUBOX und eine Besonderheit für die Anycubic Drucker - den Photon Workshop. Dabei setze ich die 3D-Datei für den Druck aus den verschiedenen einzelnen stl-Objekten zusammen, erzeuge die Stützen und speichere das Ergebnis erneut als stl-Datei. Diese Daten werden dann im Photon Workshop in das für den Drucker verständliche Format *.pws umgewandelt.
Die pws-Dateien werden dann auf einen USB-Stick gezogen und in den Drucker eingesteckt. Dort arbeitet dann die Firmware des Druckers das Druckprogramm ab. 3D-Druck dauert, gerade bei geringen Schichtdicken. Mein längster Druck hatte bisher 27 Stunden. Auch dazu mehr am konkreten Beispiel.

Ach ja – einen 3D-Drucker braucht man auch….
3D-Drucker funktionieren nach unterschiedlichen Prinzipien. Für den Maßstab 1:200 kommen für den Hobbyanwender aber nur die Resindrucker in Frage, da diese bei niedrigen Kosten die notwendige Feinheit im Druck erreichen.
Auch bei Resindruckern gibt es unterschiedliche Funktionsprinzipien. Derzeit am weitesten verbreitet sind sogenannte SLA-Drucker. Bekannte Anbieter sind Anycubic, Elegoo, Creality.. Die Funktionsweise ist in jedem Angebot beschrieben, weshalb ich darauf verzichten möchte.

Die Auswahl eines Druckers beeinflussen folgende Kriterien:

• - Die Graphikauflösung und Größe des Displays – State oft the Art sind 4K oder 6K- Auflösung, ich selbst drucke noch mit einem Anycubic Photon S mit einer 2K-Auflösung, ein Photon Mono 4K ist aber schon bestellt – die größere Auflösung führt beim Druck zu mehr Kantenschärfe und damit zu feineren Oberflächen und Strukturen
  - Die Größe des Bauraumes – hierliegt dann der Unterschied im Preis ein Photon Mono 4K ist derzeit für 261,00 € zu haben ein Photon Mono X gibt’s dagegen ab 450,00
  - Die mechanische Ausführung mit einer oder zwei Linearführungen wobei hier eigentlich alle Angebote so ausgelegt sind, das der Zweck gut erfüllt wird, d.h. Stabilität ist in der Regel keine Fehlerursache

Nutzt man den Drucker sehr intensiv kommt ein weiteres Kriterium hinzu, weil die bisher eingesetzten Displays nur eine begrenzte Lebensdauer haben. Die Displays gelten als „Verbrauchsmaterial“ und sind von der Garantie ausgeschlossen. Hier können nach 1000 Betriebsstunden (bei mir ca. 8 Monate) Kosten für ein neues Display entstehen und die belaufen sich auf ca. 100€
Anycubic hat im letzten Jahr einen neuen Druckertyp vorgestellt den Ultra. Dieser ist dann als DLP-Drucker ausgelegt und soll eine deutlich längere Lebensdauer haben. Der Drucker selbst in derzeit in Deutschland noch nicht zu bekommen. Als Preis sind 500 USD angesetzt.
Der Preisverfall bei Druckern ist enorm so lag der Photon S vor 1 1/2 Jahren noch bei 400€ und wurde jetzt im Abverkauf für 138€ angeboten.

Zuletzt noch das Verbrauchsmaterial und Zubehör

Die Auswahl an Resin ist recht groß – geeignet sind alle Resinarten die für 405nm UV-Licht ausgelegt sind. Die Preise sind deutlich gefallen und liegen bei ca. 20€ pro Liter. Resin mit besonderen Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit oder Elastizität kostet mehr. Ich verwende regelmäßig das Harz von Anycubic translucent green mit dem ich gute Erfahrungen gemacht habe. Das Thema Resin kommt aber noch mal bei Druck.
Für die Nachbehandlung der Drucke empfiehlt sich tatsächlich ein Wash and Cure System. Das ist nicht zwingend, aber aus meiner Erfahrung macht es das Händling einfacher. Als Waschmittel kommt Isopropanol zum Einsatz das günstig im 5Liter-Gebinde zu haben ist.
Ich kann nicht empfehlen den Drucker im Wohnzimmer zu betreiben. Wegen der klebrigen Flüssigkeiten, den nicht lauten aber ständigen Geräuschen und Gerüchen ist ein Kellerraum sicher besser geeignet.
Soviel zur Hard und Software – die Tage dann mehr zum Drucken.

Viele Grüße
Jochen

[Luna-M]

… und jetzt kann es losgehen?!...
Fast, denn jetzt folgt eine entscheidende Vorarbeit um ordentliche Druckergebnisse zu erzielen. Voraussetzung für gelungene Ausdrucke ist die saubere Kalibrierung des Druckers im Hinblick auf das verwendete Resin.

Zum Unboxing-Auspacken und Leveling der Drucker gibt es unzählige Videos im Netz, deshalb gibt’s dazu hier keine Erläuterung. Das Verständnis dafür, dass die Druckplatte plan auf der Displayscheibe aufliegen muss setzte ich jetzt mal voraus.

Beim 3D-Druck spielt besonders die Belichtungszeit für eine bestimmte Layerdicke die entscheidende Rolle. Diese Werte sind für jedes verwendete Resin individuell. Das Internet liefert eine Reihe von Erfahrungswerten die drucker- und resinspezifisch von Mitgliedern der Community ermittelt und der Allgemeinheit zur Verfügung gestellt wurden. Hier mal das Beispiel einer solchen Übersicht
https://docs.google.com/spreadsheets/d/ ... 8/htmlview#
Am Ende hilft nur ein Wenig Suche oder die Supportseiten der Resinhersteller.

Die beim Druck verwendete Layerdicke variiert zwischen 0,01 und 0,05 mm. Je geringer die Schichtdicke um so feiner der Druck. Ich drucke meist mit 0,02mm, was allerdings dann zu längeren Druckzeiten führt. Hier muss man sich entscheiden ob eine geringere Schicht auch tatsächlich einen so großen d.h. spürbaren Unterschied macht.

Die Belichtungszeiten variieren für die einzelnen Drucker teilweise erheblich. Die neue Druckergeneration kommt teilweise mit 2Sekunden Belichtungszeit aus, während mein Photon S derzeit mit 6,2Sekunden läuft. Am Ende ergeben sich hier die Druckzeiten, die bei modernen Druckern nur noch ca. ½ bis 1/3 der Zeit benötigen im Vergleich zu früheren Modellen.
Die optimalen Werte für die eigene Drucker/Resin-kombination ermittelt man durch den Druck von Testdateien. Diese Dateien wurden speziell für die Kalibrierung der Drucker entwickelt. Sie stehen als Download auf verschiedenen Plattformen zur Verfügung. Ich habe folgende Datei aus Thingiverse benutuzt: https://www.thingiverse.com/thing:4707289
Zum Ablauf der Tests und den Einstellungsmöglichkeiten gibt es gute Videos –wie z.B. dieses https://www.youtube.com/watch?v=r9GwPEJ8Lq8 alternativ hier mal eins auf Deutsch https://www.youtube.com/watch?v=MXlGA0zfKjY

Hier mal einige von meinen Tests:

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Folgt man der Anleitung durchläuft man eigentlich auch schon alle Schritte um eine stl-Datei zu drucken. Der Test ist eine gute Möglichkeit erste Erfahrungen in der Bedienung der Slicer-Software zu sammeln. Je besser der Test, um so besser die späteren Drucke.

Viele Grüße
Jochen

[Luna-M]

Heute? – Vorbereiten der Druckdatei

Zurück zum eigentlichen Projekt und zum Erstellen der Druckdatei. Nach dem Download der stl-Datei ist es sinnvoll sich das 3D-Modell zuerst einmal genau zu betrachten und die Eigenschaften zu prüfen.
Bei unbekannten Dateien lade ich diese gern zuerst in den PrusaSlicer. Das tue ich um mir einen Eindruck von der Originalgröße des 3D-Modells zu verschaffen. Häufig sind 3D-Modelle im Maßstab 1:1 gezeichnet und passen somit nicht auf den Bearbeitungsbereich Hier 200x200mm des Sliser. Der PrusaSlicer bietet beim Import der stl-Datei direkt eine Anpassung auf den Druckbereich an.

Screenshot 2022-01-25 221436.jpg (17.35 KiB) 13066 mal betrachtet

In unserem Fall war ich total überrascht, da ich nach dem Import feststellen musste, daß das Modell extrem verkleinert ist. Die Maße waren 2,5 x 0,37 x 0,47mm. Das Modell musste also für den Maßstab 1:200 vergrößert werden.

Screenshot 2022-01-25 221717.jpg (21.3 KiB) 13066 mal betrachtet

Der Slicer hat in der ersten Analyse des Modells festgestellt, daß das Modell zudem keinen geschlossenen Volumenkörper darstellt, und deshalb ohne Nachbearbeitung nicht druckbar ist, erkennbar an dem Dreieck mit Ausrufezeichen vor der Datei.

Screenshot 2022-01-25 221535.jpg (8.13 KiB) 13066 mal betrachtet

[img]
Der PrusaSlicer bietet für die benötigten Funktionen – Skalierung und Reparatur gute Tools, was für mich ein weiterer Grund für die Nutzung des Programms ist. Prinzipiell bieten aber auch andere Slicer diese Funktionen.

Vergrößern:
Der MB-Truck soll auf den Maßstab 1:200 gebracht werden. Da mir vom Vorbild die Originaldaten fehlen habe ich folgende Überlegung angestellt. Moderne LKW haben in der Regel eine Breite ca.2,50m – die Breite über die Spiegel beträgt zwischen 2,80 und 2,90m da die STVZO eine maximale Breite von 3m vorgibt. Da das 3D-Modell mit den Spiegeln dargestellt ist kann von einer Breite von 2,80m ausgegangen werden, was dann in 1:200 einer Breite von 14mm entspricht.
Der Wert wird einfach als y-Ausdehnung eingetragen und den Rest erledigt der PC.

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Reparatur:
Für die Reparatur von stl-Dateien gibt es spezielle Programme und Onlineservices. Der PrusaSlicer bietet eine automatische Verbindung zum Netfabb-Service an. An diesem Service muss man sich einmalig registrieren und kann dann das Autoreparatur-Tool kostenfrei nutzen.
Der Aufruf des Tool erfolgt über Linksklick auf den Dateinamen oder Rechtsklick auf dem Modell durch Auswahl des Menüpunkt Reparieren mittels Netfabb.

Screenshot 2022-01-25 225458.jpg (83.22 KiB) 13066 mal betrachtet

Die reparierte Datei kann dann als neue stl-Datei exportiert/gespeichert werden.

Beim Betrachten der skalierten und reparierten Datei sind mir dann die schwarzen Flächen an der Fensterscheibe aufgefallen. Ursprünglich war ich davon ausgegangen, das die Kabine ein Vollkörper ist, wie in den kleinen Maßstäben durchaus üblich. Die schwarzen Flächen im Slicer deuten aber darauf hin, daß die Wandstärke der Scheiben so gering ist, das kein Druck erfolgen kann. Das hineinscrollen in die Datei erbrachte dann, das die Fahrerkabine mit Sitzen und Lenkrad ausgestattet ist.

Screenshot 2022-01-25 230014.jpg (42.66 KiB) 13066 mal betrachtet

Ich habe mich entschieden die Datei trotz des erkennbaren Problems für den Ausdruck zu verwenden. Eine weitere Nachbearbeitung hätte nur zusätzlichen Aufwand gebracht.
In der datei ist auch zu erkennen, das die Spiegel und die Einstiegshilfen an sehr dünnen Elementen mit dem eigentlichen Modell verbunden sind, hier zeichnet sich ab, das kein Druck möglich ist, weil die Teile einfach zu filigran sind.

Soweit für heute, morgen geht es an die Erzeugung der Stützstrucktur und die Erzeugung der Datei für den SLA-Drucker
Viele Grüße
Jochen

[Luna-M]

Auf der Tagesordnung – Arbeit mit dem Slicer-Programm

Die Bearbeitung im Slicer ist der letzte (abhängig vom Drucker der vorletze Schritt) vor dem Druck.
Wie bereits gesagt, verwende ich hier die Chitubox in der aktuellen Version (wer will kann ggf. auch schon BETA-Versionen benutzen).
Die Grundeinstellungen wie die Größe der Druckplatte sind auf meinen Drucker abgestimmt.
Zuerst lade ich die angepasste 3D-Datei (stl-Format) in das Programm. Anschließend wird das Modell so gedreht, das alle Teile des Modells im druckbaren Bereich liegen.

Screenshot 2022-01-26 133959.jpg (59.65 KiB) 13060 mal betrachtet

Für die Anordnung eines Modells auf der Druckplatte sind verschiedene Überlegungen anzustellen.
Das Druckprinzip besteht darin beginnend auf der Bauplatte in 0,02 Schritten die vom Display durch den Folienboden des Resintanks scharf abgegrenzt belichteten Bereiche auszuhärten. Dabei sind zwei Flächen einer besonderen Belastung ausgesetzt, zum ersten die Schicht an der Bauplatte und zum Zweiten die Schicht an der Folie. An beiden Schichten besteht die Verbindung zwischen ausgehärtetem Resin und einem anderen Material.
Während die Haftung an der Trägerplatte über den gesamten Druckprozess immer gleichbleibend gewährleistet sein muss, soll die Haftung an der Folie des Resintanks nicht größer als die an der vorher gedruckten Schicht sein. Auf keinen Fall darf die Haftung größer sein als die an der Druckplatte.

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Während die Haftung an der Trägerplatte durch besonders lange Belichtungszeiten und ggf. besondere Gestaltung der Kontaktflächen beeinflusst wird, spielt bei der Haftung an der Folie die Größe der anhaftenden Fläche eine besondere Rolle. Da die Positionierung des Modells auf der Druckplatte die Größe der Kontaktflächen maßgeblich beeinflusst gibt es die Grundregel Objekte nicht bündig auf der Druckplatte anzuordnen. Aus dem gleichen Grund sollen Körper, die in der Schnittebene eine große Kontaktfläche bilden, hohl ausgedruckt werden.

Die schräge Ausrichtung der Modelle im Raum erfordert für einen Druck ausreichend stabile Stützstrukturen. Die Einstellungen hierfür kann man im Slicer vornehmen. In der Regel fährt man am Anfang mit den Standarteinstellungen recht gut. Kritischer Punkt ist die Stelle an der die Stützstruktur in das Modell übergeht. Anzahl der Stützen und Größe der Verbindungspunkte müssen sicherstellen, das auch bei vielen Hundert Fällen in denen die letzte gedruckte Schicht von der Folie abgerissen wird, die Verbindung nicht reist.
Hier beispielhaft die von mir benutzten Einstellungen.

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Falsche Parameter führen zu unvollständigen oder „verzogenen“ Ausdrucken. Bei unserem Beispiel- Modell habe ich für den Druck trotz der vorab beschriebenen Erwägungen zuerst eine horizontale Ausrichtung des Modells gewählt, weil ich alle später „oben“ liegenden Flächen ohne die Verknüpfungspunkte der Stützstruktur haben wollte.

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In einem alternativen Beispiel habe ich mal die schräge Anordnung dargestellt. Ich habe das ursprüngliche Modell zweimal dupliziert und dann die unterschiedlichen Ausrichtungen eingestellt. Es wäre natürlich auch möglich andere Modelle im Druckbereich anzuordnen.
Zum Abschluss erzeuge ich die Druckdatei. Für den Anycubic muss dabei ein Slicer gewählt werden, der das spezifische *.pws-Format erzeugt. Für mich funktioniert der von Anycubic mit dem Drucker gelieferte PhotonWorkshop hier am besten.

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Im Programm werden der Drucker und die Resindaten hinterlegt und anschließend wird die Datei mit den einzelnen Schnittebenen erzeugt. Die Speicherung erfolgt auf einem USB-Stick, der später zum Druck in den Drucker eingesteckt wird. Beim Abspeichern der Datei erhält man eine Info zur Druckzeit.

Viele Grüße
Jochen

[Luna-M]

Nach dem Druck – die Ergebnisse der „Nachtschicht“ meines Druckers

Vom Drucker und Start des Druckvorgangs gibt’s nichts zu berichten. Den USB-Stick einstecken, Datei auswählen – Start drücken.
Spannend ist dann doch der Moment wenn man am nächsten Morgen das Druckergebnis sieht.
Der erste Eindruck: es sind tatsächlich 3 Fahrzeuge gedruckt worden.

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Nach der ersten Reinigung im Isopropanol-Bad folgt dann das Lösen der einzelnen Modelle vom Druckbed.
Es fällt auf, daß die Modelle trotz gleicher Datei nur wegen der Ausrichtung auf der Druckplatte unterschiedlich gut gedruckt wurden.
Das beste Ergebnis liefert das schräggestellte und leicht gedrehte Modell mit der Unterstützung auf der Unterseite des Fahrzeugmodells.
Zu Beachte hier, das die Frontscheiben nicht/nur teilweise gedruckt sind.

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Der Druck des waagerecht ausgerichteten Modells ergibt einen Druckfehler im Bereich der Fahrerhaustür und an den Reifen.

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Der Druck mit der Unterstützung auf der Fahrzeugoberseite ist eigentlich unbrauchbar, gibt aber ggf. "Ersatzteile"

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Am Ende ist eigentlich nur das zuerst genannte Modell brauchbar. Doch jetzt folgt noch ein kniffliger Moment, das Entfernen der Duckunterstützung. Dabei gilt es so wenige Beschädigungen wie möglich zu produzieren. Eigentlich kann man die Verbindungen der Stützen problemlos abbrechen. Nur in wenigen Fällen empfiehlt sich die Benutzung ein Nagelschere, insbesondere immer dann, wenn die Stützstruktur verstrebt ausgeführt ist. Im Maßstab 1:200 sind die Teile sehr filigran und manchmal ist es besser abgebrochene Teile im Nachgang wieder am Modell anzufügen.
Im Beispielmodell sind die Vorderräder immer ein Problem gewesen, genauso wie die Stelle an der Aufliegerdeichsel.
Am Ende habe ich die Teile dann einzeln weiterverarbeitet. Noch ein Hinweis. An der Unterseite des Trailers bildeten die Stützverbindungen leichte Erhebungen. Manchmal gibt es auch Schichtlinien auf den Oberflächen. In beiden Fällen empfehle ich die Oberflächen noch im nicht vollständig gehärteten Zustand leicht mit feinem Sandpapier nachzuarbeiten. Das Resin ist dann noch nicht so spröde, das weitere Teile bei der Prozedur abbrechen. Hier macht es am Ende einfach die Erfahrung.

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Am Modell sind an einigen Kanten weiße Ablagerungen zu erkennen. Das ist Resin, das stark mit dem Isopropanol verdünnt ist und nicht vollständig vor der Endhärtung abgespült wurde. Die Schicht ist in der Regel sehr dünn und deshalb unproblematisch und stört bei einer Lackierung in der Regel nicht.

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Wie bereits gesagt ist ein Wash and Cure – gerät bei diesem Schritt ein empfehlenswertes Hilfsmittel.
Manchmal lege ich die gedruckten Modelle auch nach der Cure-Box noch eine halbe Stunde in die Sonne, damit alle noch klebrigen Stellen nachgehärtet werden. Bitte auch nicht zu lange in die Sonne, da das Resin dann seine Eigenschaften verlieren kann.
So nun bin ich am Ende meiner kleinen Einführung in das 3D-Drucken angelangt. Fragen, Tipps und Anregungen können gerne diesen Faden am Leben halten.
Das bemalte und gefinischte Modell wird hier sicher auch noch irgendwann zu sehen sein.

3D-Druck ist für mich ein interessantes Werkzeug zur Verwirklichung ganz individueller Modellbauwünsche. Ich wünsche viel Erfolg bei den ersten eigenen Projekten und Vorsicht das Ganze hat Suchtgefahr in sich …
Viele Grüße
Jochen

[Detlef]

Schöner Bericht Jochen, und DANKE!

Aber ehrlich gesagt, schreckt mich das eher ab.

Ich hatte mir alles deutlich einfacher und mit weniger Fachkompetenz vorgestellt...

Denke das "ich kaufe mir einen 3D-Ducker" - zumindest für mich, eher ausfallen wird...

D

[Luna-M]

Opps , abschrecken wollte ich nicht,
und ja inklusive der Vorarbeiten steckt da schon Arbeit drin. Aber viele der Vorbereitungen muss man nur einmal machen, danach reduziert sich das erheblich. Richtig Umfangreich wird es, wenn man den Umgang mit den recht komplexen Zeichenprogrammen erlernen will... da dauert es dann schon ein paar Monate bis man zuerst die Grundfunktionen sicher beherrscht und Jahre bis man in die Feinheiten eingestiegen ist. Ich denke hier liegt auch das größte Potential um die Technologie für Privatanwender attraktiver zu machen.

Gruß Jochen und Danke für das Feedback.