Auf der Maker Faire habe ich bei Overflo vom Hackerspaceshop einen richtig coolen „Uranium“-Anhänger gekauft. Dabei handelt es sich um einen Anhänger mit einer Uranglasmurmel, welche von ein paar UV-LEDs angeleuchtet wird und dadurch selbst wunderschön grün leuchtet. Die LEDs hängen an einem Mikrocontroller und können so in verschiedenen Mustern, wie Pulsieren, epileptisches Blinken oder auch nur Dauerleuchten betrieben werden. Beim originalen „Uranium“ ist das Gehäuse ein Stück PLA aus einem normalen FDM 3D-Drucker. Da ich (zumindest für die Dauer meiner Masterarbeit) mit einem 3D-Drucker für Metall (Selective Laser Melting (SLM), Laser Beam Melting (LBM), Laserstrahlschweißen (LSS) oder wie auch immer man Verfahren jetzt nennen will) arbeite, habe ich die Möglichkeit genutzt und mir ein Gehäuse für den Anhänger entworfen und aus Aluminum gedruckt.

At the Maker Faire I bought an really cool „Uranium“ necklace from Overflo of the Hackerspaceshop. It is a pendant with an Uranium marble which is illuminated by 6 UV-LEDs and thereby glows in a nice green color. The LEDs are conected to a microcontroller and therefore can light up in various modes as pulsing, epileptic blinking or be turned on all the time. The original Uranium case is made from PLA on a normal FDM 3D printer. Since I am working with a 3D printer for metals (Selective Laser Melting (SLM), Laser Beam Melting (LBM) or whatever you want to call the process) at least for the time of my masters thesis I used the opportunity and designed a case and got it made in aluminium.

Die Murmel wird bei meinem Design von hinten eingesetzt und durch 6 Klauen in Position gehalten. Die Platine wird mit mit einem Stück Moosgummi als Isolation zum Metall ebenfalls von hinten eingesetzt und durch ein gelasertes Stück 2mm Plexiglas mit 3 Stück M2 Schrauben fixiert. Beim ersten Versuch leuchteten die UV-LEDs noch zwischen Murmel und Gehäuse durch, deswegen habe ich dort noch einen O-Ring eingesetzt.

In my design the marble is inserted from the back and held in place by 6 claws. The PCB with a piece of foam rubber for electrical isolation is also inserted from the back and locked in place by a piece of lasercut 2mm acrylic and 3 M2 screws. When I assembled the pendant the first time the UV-LEDs shined through between the marble an the case, so I added an O-ring behind it.

Nachdem das Verfahren sicher viele zumindest vom Namen kennen, aber die genaue Funktion vielleicht nicht so, will ich den Beitrag nutzen und ein wenig zum 3D-Druck mit Metall erzählen.
Der Bauraum einer Maschine für dieses Verfahren ist unten schematisch aufgezeichnet zu sehen. Eine solche Maschine hat üblicherweise 3 Plattformen, welche in der Höhe verfahren werden können. Im rechten Behälter (1) liegt das Rohmaterial für den Druck in Pulverform bereit. Die Plattform in der Mitte ist die Baufläche (2), welche eine Grundplatte aus dem selben Material wie das Pulver hat. Ganz links ist die Überlaufplattform (3), welche überschüssiges Pulver aufnimmt.
Nachdem das Verfahren (wie die meisten anderen 3D-Druck-Verfahren) Bauteile in horizontalen Schichten aufbaut, beschreibe ich einfach den Ablauf einer Schicht, welcher mehrfach wiederholt ein komplettes Bauteil ergibt. Zu Beginn muss eine Pulverschicht aufgezogen werden. Dazu fährt der Beschichter (4), welcher im Grunde nur eine gerade, in eine Richtung verfahrbare Klinge ist, von der Überlauf- hinter die Dosierlattform. Diese wird anschließend um (ungefähr) eine Schichtdicke angehoben, während die Bauplattform um genau eine Schichtdicke abgesenkt wird. Anschließend bewegt sich der Beschichter wieder zurück und nimmt frisches Pulver (5) mit, welches in einer dünnen Schicht auf die Bauplattform aufgetragen wird. Ein Infrarot-Laser (6), dessen Strahl durch verstellbare Spiegel (7) positioniert wird, schmilzt das frische Pulver an den benötigten Stellen auf und es wird so mit der darunter liegenden Schicht (oder im Fall der ersten Schicht mit der Bauplattform) verbunden. Durch die schichtweise Wiederholung entsteht so langsam ein Bauteil (8), im Pulver versteckt.
Der ganze Prozess muss stets unter einer Schutzgasatmosphäre ablaufen, und natürlich auch optisch gekapselt sein, da reflektierte Laserstrahlung bei einer optischen Leistung von einigen 100W extrem gefährlich ist.

Since many people probably know the process at least by the name but not exactly how in works, I’d like to use the post to explain the metal 3D printing process a bit.
A sketch of a build chamber of such a machine can be seen in the picture below. There are usually 3 platforms which can be moved vertically. The platform (1) on the right contains the powder based material for the build process. The middle one is the build platform (2) which has a base made from the same material as the powder. On the left there is the container for the excessive powder (3).
Since the process (like the most 3D printig processes) creates parts by building horizontal layers I’ll describe what happens in one layer which, if repeated often enought, creates a complete part. First a layer of powder needs to be deposited on the build platform. So the coater (4), which basically is just a blade which can be moved horizontally in one direction, is moved from the excessive powder container over to the powder dosing platform which is then lifted about the heigth of a layer. The build platform is also lowered by exactly the layer heigth. Now the coater moves back over the build platform depositing a layer of fresh powder (5) while doing that. An infrared laser (6) whose beam is positioned through movable mirrors (7) melts the new powder layer at the required places which fuses it to the layers below (or the build platform in case of the first layer). By repeating this the desired part (8) is generated, hidden in the powder.
The whole process has to occur under a shielding gas atmosphere and also needs to be optically encapsulated since the laser has an optical power of a few hundred watts and is therefor really dangerous.

Am Ende des Druckvorgangs kommen die Teile eines Baujobs dann fest auf der Bauplattform aufgeschweißt aus der Maschine, wie am Bild unten zu sehen ist. Da so eine SLM-Anlage enorme Betriebskosten (Stromverbrauch, Schutzgas) und noch dazu der Aufwand zum Auf- und Abrüsten auch nicht unerheblich ist, wird die Bauplattform immer so voll wie möglich geräumt. Da ich die anderen, mitgebauten Teile nicht einfach veröffentlichen darf, habe ich die restliche Plattform auf den Fotos unkenntlich gemacht. In beiden Fotos sind die Stützstrukturen gut zu sehen. Der Support hat grundsätzlich 3 Zwecke:

  • Teil fest an die Plattform anbinden um die, durch den Laser eingebrachte, Wärme abzuleiten und das Teil mechanisch zu fixieren.
  • Überhängende Geometrien ermöglichen, da Belichten ins lose Pulver nicht sinnvoll möglich ist.
  • Dünne Bauteile gegen Beschädigungen durch den Beschichter schützen. Eine solche Supportstruktur ist in der Aufnahme für die Murmel zu sehen.
After the build process has finished the parts come out of the machine fused to the build platform as you can see in the picture below. Since such a SLM machine has enormous running costs (power usage, inert gas) and also setting a bulid job up also takes a lot of work the platform is usually filled completely. Because I am not allowed to publish any pictures of the other built parts, so I just blurred them out in the pictures. In both of them you can see the support structures well. The support serves 3 main purposes:
  • Bond the parts to the platform to conduct the laser induced heat away and for mechanical stability.
  • Allow overhanging structures because fusing the loose powder is not really feasible.
  • Protection of thin structures against damages by the coater. You can see such a support inside the hole for the marble.


Als erster Schritt steht dann das Abtrennen der Teile von der Plattform an. Üblichweise werden einfach alle Teile auf einmal von der Bauplattform gesägt. An der Unterseite des Anhängers kommt dann die vollflächige Supportstruktur zum Vorschein.

The first step is getting the parts off the build platform. Usually all parts are cut off at once, which then reveals the full faced support on the bottom side of the part.



Der Support muss im Anschluss vom Bauteil gelöst werden. Im Fall von Metallteilen geht das am Besten mit roher Gewalt in Form von Hammer und Meißel. Wenn dann die Stützstrukturen entfernt sind sollte noch die Oberfläche versäubert werden, z.B. durch Sand- oder Perlstrahlen. Gewinde und Funktionsflächen wie Passungen werden erst nach dem Strahlen durch Fräsen, Drehen, etc. gefertigt.

This support structure needs to be removed from the part in the next step. In case of metal parts it is done with brute force in the form of a hammer and chisel. Once all of the support is removed the surface of the part should be treated with sand or bead blasting. Threads and other functional surfaces are done after blasting.

Für alle, die jetzt Lust auf so einen Anhänger haben, die STL-Modelle und die Vektorgrafik zum Lasern für die Rückplatte habe ich auf Thingiverse gestellt: Uranium SLM auf Thingiverse
Das Design müsste sich auch mit anderen Verfahren fertigen lassen, vor allem Lasersintern für Kunststoff (SLS) sollte gehen, sehr günstig geht das zum Beispiel bei Meltwerk.
Wenn das Teil wirklich aus Metall sein soll fällt mir eigentlich nur Shapeways ein, da wird der Anhänger dann aber sehr teuer. Wer sich das selbst hochladen der Dateien sparen will, die beiden Varianten habe ich fertig zum Bestellen auf Shapeways im Angebot: Uranium dreieckig / Uranium sechseckig
Nachdem bei Shapeways natürlich niemand weiß dass auch Gewinde hinein sollen, brauchen die Teile auf jeden Fall noch Nacharbeit. Achtung, die Teile dort sind noch nicht auf Druckbarkeit gestestet!

For all of you who now also want such a necklace, I put the STL files and the vector graphics for the backplate on Thingiverse: Uranium SLM on Thingiverse
This design should also be printable with other processes, especially laser sintering for plastics (SLS) should work, quite cheap for example at Meltwerk.
If the part really has to be made from metal there is probably only Shapeways, but this can get really expensive. In case you don’t want to upload the files yourself, I can offer you both designs ready to order on shapeways: uranium triangle body / uranium hexagon body
Since the people can’t know that there should bei threads in this parts they definetly need some rework. Warning, the parts aren’t tested if they are printable!