Konstruktionsrichtlinien
Richtlinien, Tipps und Tricks für das ideale 3D Druck Bauteil
Die unterschiedlichen additiven Herstellungsverfahren eröffnen eine nie dagewesene Konstruktionsfreiheit. Es sollte allerdings beachtet werden, dass nicht jedes Teil, welches in einem 3D Programm erstellt werden kann, gleichzeitig auch 3D druckbar ist. Aus den uns gesetzten technologischen bzw. materialspezifischen Grenzen lassen sich Richtlinien ableiten, an die sich ein Konstrukteur halten sollte, um ein optimal druckbares Bauteil zu erhalten.
Stützstrukturen bei Überhängen
Je nach verwendeter Technologie bzw. Material sind bestimmte Wandstärken, Form- und Lagetoleranzen sowie Oberflächengüten etc. zu beachten. Einen besonderen Unterschied zwischen den Verfahren stellen Überhänge dar. Überragen aufzubringende Schichten die Vorangegangenen stellt sich ein Winkel ein. Um einem Absacken des Materials entgegenzuwirken, muss hier mit einer Unterstützung gearbeitet werden. Dieser sogenannte „Support“ muss nach dem Druck händisch entfernt werden.
Technologiebedingt kann man pulverbasierten Verfahren hier die größere Freiheit zuschreiben. Bei diesen müssen keine ausgebildeten Stützkonstruktionen verwendet werden, da hier nicht gehärtetes Pulver als Unterstützung dient. Gleichzeitig sollten geschlossene Volumenkörper dementsprechend einen Auslass besitzen, um nicht genutztes Material nach dem Druck entfernen zu können. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit das Pulver im Bauteil zurückzulassen, entweder da keine Auslasslöcher gesetzt werden können oder um ein erhöhtes Gewicht zu erhalten. Je nach Komplexität des Bauteils kann dieser Entfernprozess mehr Zeit in Anspruch nehmen. Das ist beispielsweise insbesondere bei dünnen Rohren der Fall und wirkt sich negativ auf den Teilepreis aus.
Große Oberflächen vermeiden
Eine Weitere, nicht zu unterschätzende Fehlerquelle stellt das sogenannte „Warping“ dar. Bei den meisten 3D Druck Techniken wird das Material zumindest kurzzeitig erhitzt. Dabei kann es zu einer ungleichen Temperaturverteilung im Bauteil kommen, was zu internen Spannungen führt. Diese können im schlechtesten Fall dazu beitragen, dass sich ein Bauteil verzieht. Große und flache Oberflächen sollten aus diesem Grund nach Möglichkeit vermieden werden. Ebenso sollten die Kanten Ihres Bauteiles abgerundet werden, um Warping Effekte zu eliminieren.
Für einen guten Überblick der verfahrensspezifischen Designrichtlinien haben wir in dieser Tabelle weitere grundsätzlich zu beachtende Punkte zusammengefasst:
| Geometrie | Visuelle Darstellung | Beschreibung | FDM Fused Deposition Modelling | SLS Selektives Laser Sintern | MJF Multi Jet Fusion |
|---|---|---|---|---|---|
| Unterstützung |  | Größter Winkel, mit dem eine Wand ohne Stützstrukturen gedruckt werden kann | 45° | - | - |
| Brücken |  | Die mögliche Bauraumüberbrückung ohne Verwendung von Stützstrukturen | 10 mm | - | - |
| Toleranz |  | Zu erwartende Toleranz | ± 0.3mm (min +-0.5%) | ± 0.2mm (mind. ± 0.3%) | ± 0.4mm (mind. ± 0.4%) |
| Ungestützte Wände |  | Wände, die nur an einer Seite an die Bauteilgeoemetrie anschließen | 1 mm | 0.7 mm | 0.7 mm |
| Wandunterstützung |  | Wände, die mindestens an beiden Enden an andere Bauteilgeometrien anschließen | 1 mm | 0.7 mm | 0.7 mm |
| Gravuren und Erhebungen |  | Tiefe bzw. Höhe von Details, welche auf der Außenwand aufgebracht werden | 0.8 mm breit; 1mm hoch | 0.5 mm in Höhe und Breite | 0.5 mm in Höhe und Breite |
| Löcher |  | Minimaler Durchmesser, welcher erfolgreich gedruckt werden kann | 2 mm | 1.5 mm | 1.5 mm |
| Auslasslöcher |  | Mindestdurchmesser, um überflüssiges Baumaterial nach dem Druck zu entfernen | - | 3.5 mm | 3.5 mm |
| Kleinststrukturen |  | Mindestgröße (LxB) an Details, sodass diese gedruckt werden können | 2 mm x 2 mm | 0.5 mm x 0.5 mm | 0.5 mm x 0.5 mm |
| Verbindungen und bewegliche Bauteile | | Erforderlicher Freiraum zwischen zwei Bauteilen, um Bewegungen zu ermöglichen | 0.2 - 0.5 mm | 0.5 mm | 0.5 mm |
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