Quadora – 4-Achs 3D-Drucker

Auftrag & Motivation

Warum wir Quadora entwickelt haben und woraus unser Projektauftrag bestand.

Ausgangslage

Konventionelle FDM-Systeme arbeiten planar. Überhänge benötigen Stützen, sichtbare Schichtlinien beeinträchtigen Oberflächen und anisotrope Werkstücke begrenzen Funktionalität. Unser Ansatz erweitert die Kinematik, damit der Extruder konforme Pfade abfahren kann.

⚙️ Auftrag: 4-Achs-Prototyp inkl. Dokumentation & Business-Aspekte.
🧩 Ziel: Bauteile ohne Treppeneffekt und reduzierte Stützstrukturen.
🤝 Kooperationspartner: Industrie-Sponsoren liefern Echtkomponenten.

Quadora Render aus Fusion 360 — Quadora-Render aus Fusion 360 (Quelle: Projektteam).

Mechanische Innovation

XZBC-Kinematik, rotierender Toolhead und drehbares Bett bilden das Herzstück.

XZBC-Kinematik

Polar inspiriertes Grundgerüst

Das Core-RΘ-Design setzt auf eine rotierende Plattform (B-Achse) und eine XZ-Gantry. Dadurch können Layer radial bzw. geneigt abgelegt werden, ohne die klassische XY-Verfahrt zu benötigen.

Z-Spindel hebt das Portal, während die C-Achse den Toolhead kippt.
Gantry und rotierender Tisch (B-Achse) kooperieren, um 360°-Orientierungen zu erreichen.

Toolhead

Rotationsmodul mit Doppelriemen

Wie beim Core-RΘ koppelt ein Riemensystem die X-Bewegung mit der Rotation des Kopfes. Eine geneigte Düse kann dadurch Schichten nach innen extrudieren und Überhänge stützfrei aufbauen.

Der Kopf kann sich um ±180° neigen und radial in das Bauteil arbeiten.

Prozessnutzen

Warum polar?

Die Kombination aus Rotation und Neigung ermöglicht radial geschnittene Bahnen, weniger Stützen und glattere Oberflächen – ähnlich wie beim Original-Core-RΘ von Joshua Bird.

Layer folgen der Bauteiloberfläche statt horizontal zu stapeln.
90°-Überhänge lassen sich ohne Stützen drucken.

Darstellung der kinematischen Achsenkombination — Kinematik-Schema inspiriert von Joshua Birds Core-RΘ (Quelle: 3Dnatives).

Eigene Slicer-Abteilung

Der Quadora-Slicer transformiert klassisches G-Code-Denken in nicht-planare XZBC-Pfade.

Pipeline laut Deformations-Grafik

STL → Tetrahedralisierung: das Modell wird in ein Tetraeder-Mesh überführt.
Deformation: das Mesh wird so verformt, dass Cura planare Layer slicen kann.
Cura-Slicing: standardmäßiger Plan-Schnitt erzeugt temporären G-Code.
Alignment & Redeformation: die Pfade werden zurück in den Originalraum überführt.
Path-Redefine & Collision Checking: Bahnen werden überprüft, angepasst und für XZBC-G-Code finalisiert.

Mehrwert

Weniger Supports, glatte Außenflächen, lastgerechte Faserverläufe. Forschungsergebnisse bestätigen bis zu 25 % höhere Biegefestigkeit gegenüber planar gedruckten Referenzen.

Planar vs. Non-Planar – warum wir den Aufwand betreiben

Der Vergleich macht sichtbar: planare Layer stapeln Geometrie wie Stockwerke und benötigen massive Support-Türme. Nicht-planare Pfade legen sich wie Konturen über das Bauteil, nutzen den Toolhead-Winkel und sparen Material, Zeit und Nacharbeit.

Planar: Stützen, Treppeneffekt, anisotrope Stabilität.
Non-Planar: Geometrie folgt den Kräften, Oberflächen sind glatt, Supports schrumpfen.
Resultat: 4-Achs-XZBC-G-Code, der freie Formen ohne Kompromisse erzeugt.