Konstruktionsrichtlinien

Richtlinien, Tipps und Tricks, um das ideale 3D Druck Bauteil zu erhalten

Die unterschiedlichen additiven Herstellungsverfahren eröffnen eine nie dagewesene Konstruktionsfreiheit. Gleichzeitig 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.

Je nach verwendeter Technologie bzw. Material sind bestimmte Wandstärken, Form- und Lagetoleranzen sowie Oberflächengüten etc. zu beachten. Ein besonderer Unterschied zwischen den Verfahren stellen Überhänge da. Überragen aufzubringende Schichten die Vorangegangenen stellt sich ein Winkel ein. Um einem Absacken des Materials entgegenzuwirken muss hier mit einer Unterstützung gearbeitet werden. Dieser sog. „Support“ muss nach dem Druck händisch entfernt werden. Technologiebedingt kann man pulverbasierten Verfahren hier die größere Freiheit zuschreiben, da keine ausgebildeten Stützkonstruktionen verwendet werden müssen, sondern 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 zu zurückzulassen, entweder da keine Auslasslöcher gesetzt werden können oder um ein erhöhtes Gewicht zu erhalten. Je nach Komplexität des Bauteils (insbesondere bei dünnen Rohren) kann dieser Entfernprozess mehr Zeit in Anspruch nehmen, was sich negativ auf den Teilepreis auswirkt.

Eine Weitere, nicht zu unterschätzende Fehlerquelle stellt das sog. „Warping“ dar. Da bei den meisten 3D Druck Techniken zumindest kurzzeitig das Material erhitzt wird, 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 sind aus diesem Grund nach Möglichkeit zu vermeiden. 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	Beschreibung	FDM Fused Deposition Modelling	SLA Stereolithographie	SLS Selektives Laser Sintern	MJF Multi Jet Fusion
Unterstützung	Größter Winkel mit dem eine Wand ohne Stützstrukturen gedruckt werden kann	45°	Unterstützung immer notwendig	-	-
Brücken	Die mögliche Bauraumüberbrückung ohne Verwendung von Stützstrukturen	10 mm	-	-	-
Toleranz	Zu erwartende Toleranz	± 0.2 mm	bis zu 0.1 mm, allerdings je nach Bauteilgeometrie leichte Verformung möglich	± 0.3 % der Bauteilgröße aber mind. ± 0.2 mm	± 0.4 mm bis zu 100 mm und ± 0.4% bei Maßen über 100 mm
Ungestützte Wände	Wände die nur an einer Seite an die Bauteilgeoemtrie anschließen	1 mm	1 mm	0.7 mm	0.7 mm
Wandunterstützung	Wände die mindestens an beiden Enden an andere Bauteilgeometrien anschließen	1 mm	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	0.1 mm in Höhe und Breite	0.5 mm in Höhe und Breite	0.5 mm in Höhe und Breite
Löcher	Minimaler Durchmesser der von der erfolgreich gedruckt werden kann	2 mm	0.5 mm	1.5 mm	1.5 mm
Auslasslöcher	MIndestdurchmesser um überflüssiges Baumaterial nach dem Druck z entfernen	-	5 mm	3.5 mm	3.5 mm
Kleinststrukturen	Mindestgrößer (LxB) an Details, sodass diese gedruckt werden können	2 mm x 2 mm	0.2 mm x 0.2 mm	0.5 mm x 0.5 mm	0.5 mm x 0.5 mm
Verbindungen und bewegliche Bauteile	Eroferdlicher Freiraum zwischen zwei Bauteilen um Bewegungen zu ermöglichen	0.2 - 0.5 mm	0.5 mm	0.5 mm	0.5 mm