Eine neue Slicing-Methode namens „Wave-Overhangs“ macht das Unmögliche greifbar: Waagerechte 90-Grad-Überhänge lassen sich nun komplett ohne Stützstrukturen drucken. Das Verfahren ist eine smarte Weiterentwicklung der bekannten Arc-Overhangs und eliminiert deren größte Schwäche – die sichtbaren Dellen an den Bogenkernen.

Das Problem mit horizontalen Überhängen

Bisher galten weite, waagerechte Überhänge im 3D-Druck als kaum machbar. Herkömmliche Slicer berechnen die Füllung meist ohne Rücksicht auf die Linienrichtung im freien Raum, wodurch das extrudierte Material schlichtweg nach unten wegtropft. Die Lösung war bisher immer der Einsatz von Stützstrukturen.

Von „Print on Air“ zu Arc-Overhangs

Die physikalische Basis für stützenloses Drucken wurde bereits 2019 in der Studie „Print on Air“ beschrieben. Das Prinzip beruht auf einem Zusammenspiel physikalischer Kräfte:

• Adhäsion & Kohäsion: Zieht der Drucker eine Linie direkt neben einem bereits gedruckten Abschnitt mit leichter Überlappung, haftet der Materialstrang an der Wand. Die Oberflächenspannung formt ihn dabei rund.
• Viskosität & Kühlung: Das zähflüssige Material bremst das Abtropfen. Ein starker Bauteillüfter kühlt den Strang so schnell herunter, dass er verfestigt wird, bevor die Schwerkraft ihn nach unten zieht.

Dieses Prinzip funktionierte anfangs nur bei simplen, konvexen Formen. Bei Innenecken entstanden Linien, die an nichts angrenzten, und das Material fiel herab. Stephen McCulloch löste dieses Problem später mit den Arc-Overhangs (Bögen mit wachsendem Radius). Der Haken dabei: Die vielen sehr kurzen Bogensegmente hatten zu wenig Zeit zum Abkühlen und hingen in der Mitte durch.

Die Lösung: Wellenfronten nach Huygens

Hier setzen die Wave-Overhangs an. Anstatt starre Bögen zu ziehen, nutzt das Verfahren Wellenfronten – basierend auf dem Prinzip, das der Physiker Christiaan Huygens bereits 1690 in seinem „Treatise on Light“ beschrieb.

Die Vorteile dieser Methode:

• Die Wellen „beugen“ sich elegant um Ecken und Löcher herum.
• Es entstehen keine extrem kurzen, instabilen Segmente mehr.
• Die extrudierten Linien bleiben lang genug, um rechtzeitig vom Bauteillüfter gekühlt zu werden.

Dadurch lassen sich nahezu beliebige Geometrien in der Luft füllen.

Herausforderungen & Tipps für den Druck

Ein Problem bleibt vorerst bestehen: Je länger der Überhang, desto höher die Gefahr von Warping (Verzug). Die Entwickler raten daher zu folgenden Einstellungen:

1. Das richtige Material: Nutze Filamente mit geringer Neigung zum Verzug, wie klassisches PLA oder carbonfaserverstärktes PGCF.
2. Wenig Füllung: Wähle einen geringen Infill-Prozentsatz.
3. Muster der ersten Schicht: Verwende für die allererste Schicht über dem Abgrund eine Hilbert-Kurve anstelle von rechtwinkligen Füllmustern.

Selbst ausprobieren!

Wer diese faszinierende Methode selbst auf seinem Drucker testen möchte, findet spezielle Forks (Abzweigungen) von PrusaSlicer und Orca Slicer zum Download. Die Entwickler freuen sich zudem über Tester, die ihre eigenen Ergebnisse über die Projektseite beisteuern: 👉 waveoverhangs.com