Die Benchy-Linie: ein Fehler, der keiner ist

Auf fast jedem gedruckten Benchy läuft eine feine waagerechte Linie um den Rumpf, ungefähr acht Millimeter über der Druckplatte. Sie sieht aus wie ein Maschinenfehler und ist keiner. Sie entsteht dort, wo der Drucker von einer fast leeren Schicht auf eine fast volle umschaltet, und sie erscheint auf teuren Geräten so gut wie auf billigen.

Im englischen Sprachraum heisst sie hull line, also Rumpflinie. Wer nach dem Begriff sucht, findet Hunderte von Beiträgen. Viele suchen die Ursache zuerst an der Mechanik, spannen Riemen nach oder tauschen die Z-Spindel, und die Linie ist danach immer noch da. Dieser Beitrag erklärt, warum das so ist, woran man sie von einem echten Maschinenfehler unterscheidet, und was sich dagegen tun lässt.

Was ein Benchy überhaupt ist

Ein Benchy ist ein kleines Schiff aus Kunststoff. Es ist nicht als Nutzteil gedacht, sondern als Prüfstück, und genau darin liegt sein Wert. Daniel Norée hat es bei der schwedischen Firma Creative Tools entworfen, veröffentlicht wurde es am 9. April 2015. Seither ist es das mit Abstand meistgedruckte Modell der Welt und in der Szene so etwas wie eine gemeinsame Sprache. Wer ein Foto seines Benchys zeigt, muss nicht erklären, was daran gut oder schlecht ist.

Der Entwurf ist mit Absicht gemein. Auf sechs Zentimetern Länge versammelt das Schiffchen alles, woran ein Drucker scheitern kann: einen gewölbten Bug, der sich nach aussen neigt und den die Maschine ohne Stütze in die Luft bauen muss. Einen Schornstein, der so dünn ist, dass er kaum Zeit zum Abkühlen lässt. Ein Fenster mit einem waagerechten Sturz darüber. Einen Kajütenaufbau, hinter dem der Druckkopf abbremsen muss, was Schwingungen auslöst. Und einen Rumpf mit grossen, glatten, schräg stehenden Flächen, auf denen jeder Schönheitsfehler sofort auffällt.

Alle Aussenmasse sind runde Zahlen. Auch das ist Absicht: Man kann mit einem Messschieber nachmessen, ob die Maschine sauber kalibriert ist, ohne vorher in einer Zeichnung nachschlagen zu müssen.

Wo die Linie sitzt

Sie sitzt nicht irgendwo. Sie sitzt genau auf der Höhe, auf der im Inneren des Schiffs das Deck liegt, also der Boden, auf dem die Kajüte steht. Von aussen ist davon nichts zu sehen. Der Rumpf ist an dieser Stelle eine ununterbrochene schräge Fläche, und trotzdem zieht sich dort eine Linie herum, mal als eine kräftige, mal als zwei feine dicht übereinander.

Dass die Linie ausgerechnet dort auftaucht, wo innen etwas passiert, ist der ganze Hinweis. Warum das so ist, zeigt ein Blick ins Innere eines gedruckten Teils.

Ein gedrucktes Teil ist innen fast leer

Hier lohnt sich ein genauerer Blick, deshalb wird es an dieser Stelle etwas ausführlicher.

Wenn eine Maschine ein Bauteil aufbaut, druckt sie nicht Schicht für Schicht eine volle Scheibe Kunststoff. Das wäre eine gewaltige Verschwendung an Material und Zeit, und das Teil würde sich beim Abkühlen verziehen. Stattdessen druckt sie je Schicht zwei Dinge:

• Die Wände, also zwei bis vier Bahnen entlang der Aussenkontur. Sie ergeben die sichtbare Oberfläche.
• Die Füllung, ein lockeres Muster im Inneren, meist ein Gitter oder Waben. Üblich sind fünfzehn bis fünfundzwanzig Prozent. Der Rest ist Luft.

Vollflächig gedruckt wird nur dort, wo eine geschlossene Oberfläche entstehen muss: ganz unten auf der Druckplatte, ganz oben am Abschluss, und überall dort, wo im Inneren des Modells eine waagerechte Decke oder ein Boden liegt.

Und damit sind wir beim Benchy. Unterhalb des Decks ist der Rumpf innen hohl, die Schichten bestehen aus ein paar Wandbahnen und einem lockeren Gitter. Auf Höhe des Decks braucht das Modell plötzlich einen dichten Boden. Die Maschine muss dieselbe Fläche, die sie eben noch zu vier Fünfteln übersprungen hat, jetzt vollständig ausfüllen. Ein paar Schichten später ist das Deck fertig, und es geht zurück auf ein paar Wandbahnen.

Zweimal innerhalb weniger Zehntelmillimeter ändert sich also grundlegend, was eine Schicht zu tun hat. Genau an diesen beiden Stellen sitzt die Linie, und deshalb sind es manchmal zwei.

Warum ein Zeitsprung eine Beule macht

Jetzt kommt der Teil, der auf den ersten Blick nicht einleuchtet: Warum hinterlässt es eine sichtbare Spur an der Aussenwand, wenn sich im Inneren die Füllung ändert? Die Wand wird doch genauso gedruckt wie vorher.

Der Zusammenhang läuft über die Zeit.

Dazu kommt ein zweiter Effekt, der in dieselbe Richtung wirkt. Die dichte Füllung des Decks stösst innen gegen die Wand. Je nachdem, wie stark der Slicer Füllung und Wand überlappen lässt, drückt sie diese ein Stück nach aussen. Die offizielle Seite zum Benchy nennt genau das als Ursache und beschreibt das Ergebnis treffend als „winzige Zebrastreifen" auf dem Rumpf.

Beides zusammen, der Zeitsprung und der Druck von innen, ergibt eine Kante, die man nicht ertastet, aber sieht.

Warum es kein Maschinenfehler ist

Naheliegend ist der Gedanke an ein Mechanikproblem. In diesem Fall führt er meist in die falsche Richtung. Prusa hat dazu eine eigene Wissensseite veröffentlicht, und die Formulierung dort ist deutlich: Die Linie ist auf Drucken aller auf dem Markt erhältlichen FFF-Drucker sichtbar, günstiger wie teurer, unabhängig von der verwendeten Software und vom Material.

Es gibt trotzdem einen einfachen Test, mit dem sich die beiden Fälle auseinanderhalten lassen, und der ist es wert, gemerkt zu werden.

Kurz gesagt: Eine Linie an einer Stelle ist normal. Linien über die ganze Höhe sind ein Fall für den Schraubenschlüssel. Die Rumpflinie allein ist noch kein Grund, die Mechanik zu überarbeiten.

Warum sich das nicht einfach wegrechnen lässt

Die naheliegende Frage lautet: Wenn die Ursache so gut verstanden ist, warum gleicht die Software das nicht einfach aus?

Weil das Verhalten von geschmolzenem Kunststoff nicht mit einer Formel zu fassen ist. Es hängt an der Zusammensetzung des Materials, an seiner Temperatur, an seinem Feuchtigkeitsgehalt und daran, wie lange und wie stark es gekühlt wird. Prusa nennt in diesem Zusammenhang eine Beobachtung, die besser als jede Erklärung zeigt, wie knapp der Effekt ist: Derselbe Druckcode, auf demselben Drucker, mit demselben Material, zeigt die Linie im einen Raum und im anderen nicht.

Dazu kommt das Material selbst. Filament, das Feuchtigkeit gezogen hat, ist nicht nur schlechter zu drucken; die Wassermoleküle spalten beim Aufschmelzen die langen Molekülketten. Kürzere Ketten heisst dünnflüssiger, und dünnflüssiger heisst anderes Fliess- und Schrumpfverhalten. PLA und PET sind dafür besonders anfällig. Zwei Rollen desselben Materials vom selben Hersteller können sich deshalb verschieden verhalten, je nachdem, wie lange die eine offen im Regal lag.

Was dagegen hilft

Ganz beseitigen lässt sich die Linie nach heutigem Stand nicht. Abschwächen lässt sie sich deutlich, und die Ansatzpunkte folgen alle aus der Ursache: den Zeitsprung kleiner machen, den Druck der Füllung auf die Wand verringern, oder die Wand so dick machen, dass sie sich nicht mehr beeindrucken lässt.

An der Wand

Die einfachste Massnahme ist mehr Wand. Die offizielle Benchy-Seite empfiehlt, die Wandstärke von den üblichen 0.8 mm auf 1.2 mm oder mehr anzuheben, also von zwei auf drei Bahnen. Eine dritte Bahn liegt zwischen der Füllung und der sichtbaren Aussenfläche und dämpft, was von innen kommt.

Ebenfalls an dieser Stelle wirkt die Überlappung zwischen Füllung und Wand. Sie ist bewusst grösser als null, damit die beiden sich verbinden. Ist sie zu gross, schiebt die dichte Deckfüllung die Wand nach aussen. In Cura heisst der Wert Infill overlap und steht üblicherweise bei fünfzehn Prozent; ihn zu verringern ist eine der ältesten Empfehlungen zu diesem Thema.

An der Füllung

In den Slicern der Bambu- und Orca-Familie gibt es eine Einstellung namens Ensure vertical shell thickness. Sie fügt an schrägen Flächen zusätzliche dichte Füllung ein, damit unter den Wandbahnen der nächsten Schicht immer etwas liegt, worauf sie sich stützen können. Sie ist der Grund, warum moderne Slicer an Schrägen keine Löcher mehr hinterlassen.

Sie ist aber auch ein Verursacher: Ein Nutzer hat gemeldet, dass genau diese Funktion beim Benchy eine deutliche Stufe im Rumpf erzeugt, die in der Vorschau nicht zu sehen ist und beim Umstellen auf None verschwindet. Die Meldung wurde ohne technische Antwort geschlossen. Die Einstellung kennt mehrere Stufen zwischen „alle Schrägen" und „gar nicht", und die mittlere, die nur stark geneigte Flächen berücksichtigt, ist meistens der bessere Kompromiss.

An der Reihenfolge

Der wirksamste, aber auch aufwendigste Weg führt über die Reihenfolge, in der die Maschine innerhalb einer Schicht arbeitet. Prusa hat für die mitgelieferten Beispieldateien genau das getan und die Linie damit weitgehend zum Verschwinden gebracht, wenn auch nicht in jedem Fall. Vier Kniffe kamen dabei zum Einsatz:

1. Ein zusätzlicher Körper in Form des Decks, mit dem sich Rumpf und Deck getrennt einstellen lassen. Die Füllung des Decks reicht dadurch nicht mehr bis an die Rumpfwand heran.
2. Erst die Wandbahnen des Decks, dann dessen Füllung, dann der Rest der Schicht. Die Reihenfolge allein bringt schon etwas.
3. Etwas weniger Materialfluss in der dichten Füllung, ausgenommen die oberste Lage des Decks.
4. Die Wandbahnen mehrerer Schichten am Stück drucken, statt zwischen Wand und Füllung hin und her zu wechseln.

Das ist Handarbeit am Druckcode und lohnt sich für ein Vorzeigestück. Für den Alltag ist es zu viel.

Am Material und am Raum

Trockenes Filament, eine gleichmässige Raumtemperatur und eine Kühlung, die über die ganze Bauhöhe gleich bleibt, wirken auf alle beschriebenen Effekte zugleich. Das ist die unspektakulärste Empfehlung dieses Beitrags und gleichzeitig die, die am zuverlässigsten etwas bringt.

Was das für ein richtiges Bauteil bedeutet

Bis hierher ging es um ein Spielzeugschiff. Der Grund, warum sich die Sache zu verstehen lohnt, ist ein anderer: Das Benchy zeigt nur besonders deutlich, was an jedem Bauteil passiert.

Überall dort, wo im Inneren eines Teils aus lockerer Füllung eine dichte Lage wird, sitzt ein Kandidat für eine sichtbare Linie. Das ist kein Sonderfall, sondern der Normalfall:

• Ein Gehäuse mit einem Zwischenboden.
• Eine Halterung mit einem Sackloch für eine Schraube, dort wo das Loch endet.
• Eine Rippe, die auf halber Höhe ansetzt.
• Ein Deckel mit einer eingelassenen Vertiefung.
• Jede waagerechte Fläche im Inneren, die von aussen niemand sieht.

Bei einem Funktionsteil ist das gleichgültig. Bei einem Teil, das jemand in die Hand nimmt und ansieht, ist es das nicht, und dann gehört die Frage vor den Druck und nicht danach.

Was sich dagegen tun lässt, entscheidet sich beim Vorbereiten des Auftrags. Die Lage auf der Druckplatte bestimmt, wo diese Übergänge überhaupt zu liegen kommen, und ob sie auf einer Sichtfläche landen oder auf einer Rückseite. Manchmal genügt es, ein Teil um neunzig Grad zu kippen, und die Linie verschwindet dorthin, wo sie niemanden stört. Diese Entscheidung kostet nichts, sie muss nur jemand treffen, bevor die Maschine anläuft. Wie stark die Lage auch sonst durchschlägt, steht in Warum die Ausrichtung den Preis bestimmt.

Und wenn Sie ein Teil bei mir anfragen, das eine Sichtfläche hat: Sagen Sie mir welche. Es ist eine der wenigen Angaben, die im Ergebnis sofort sichtbar sind und beim Preis fast nichts ausmachen.

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Kurz zusammengefasst. Die Linie im Benchy-Rumpf sitzt auf Höhe des Decks, weil dort aus einer fast leeren Schicht eine fast volle wird. Die Schichtzeit springt, der Kunststoff darunter kühlt anders ab, die Wand sitzt um Hundertstelmillimeter versetzt, und das genügt für einen sichtbaren Strich. Sie ist kein Maschinenfehler, sie schadet der Festigkeit nicht, und ganz wegbekommen wird man sie nicht. Wer sie am eigenen Bauteil vermeiden will, fängt bei der Ausrichtung an und nicht bei den Riemen.