7 Fehler die Sie beim Entwerfen von 3D-Druckteilen vermeiden sollten

1. Zu große bzw. zu kleine Merkmalgrößen bei bestimmten Prozessen und Werkstoffen vermeiden

Dieser wichtige Punkt spielt bei mehreren additiven Verfahren eine Rolle. Bitte beachten Sie, dass manche Geometrien Ausnahmen zulassen; wenden Sie sich deshalb bei Fragen an unserer Anwendungstechniker.

DMLS

Die Wandstärken können beim 3D-Druck mit Metall eine Schwierigkeit darstellen und je nach Metallauswahl, Ausrichtung und Auflösung unterschiedlich ausfallen. Kobalt-Chrom, Titan und Edelstahl erfordern eine Wandstärke von mindestens 0,5 mm. Bei allen anderen Metallen beträgt die Wandstärke 1 mm.

Bei anderen Metallen ist die absolute Mindest-Merkmalgröße (bei positiven, d. h. ausgefüllten oder dichten Merkmalen) eine Dicke von 0,2–0,3 mm bei einer Höhe von 0,5 mm. Das ist die kleinste Merkmalgröße, die der Laser zeichnen kann. Das heißt nicht, dass jedes mit dieser Dicke entworfene Merkmal sich formen lässt oder nachbearbeitet werden kann. Diese Mindestgröße gilt für gut konzipierte Merkmale, die in die Zeichnungsebene (x, y) fallen, sowie für Wände oder vertikale Merkmale.

Die zulässigen Lochgrößen hängen von der Tiefe des Loches und der Auflösung ab. In der Regel ist es bei Löchern von unter 1 mm wahrscheinlicher, dass sie verschlossen sind oder kleiner ausfallen als im Entwurf vorgesehen. Bei Löchern, die kleiner sind als 1 mm sollten Sie eine höhere Auflösung in Betracht ziehen.

2. STL-Dateien mit geringer Auflösung vermeiden

Manchmal erhalten wir STL-Dateien mit einer geringen Auflösung, die zu einer groben Facettierung führt (Oberflächen wie bei einem Edelstein). Wir stellen natürlich auch Teile anhand von Dateien mit einer geringen Auflösung und einer groben Facettierung her, das ästhetische Erscheinungsbild des Teils kann dann jedoch beeinträchtigt sein. In den meisten Softwareprogrammen zur CAD-Modellierung können Sie die STL-Auflösung in den Exporteinstellungen anpassen. Die Reduzierung der Toleranz hat den größten Effekt und verbessert die Auflösung. Sie sollten darauf achten, dass Ihre STL-Datei eine hohe Auflösung hat (nicht so groß, dass sie nicht hochgeladen oder bearbeitet werden kann, d. h. max. 100 MB) oder Sie eine STP/STEP-Datei hochladen, die wir bei uns in eine STL-Datei umwandeln können.

Neben STL-Dateien akzeptieren wir sowohl native SolidWorks- (.sldprt) oder ProE- (.prt) Dateien als auch 3D-CAD-Volumenmodelle aus anderen CAD-Systemen im IGES- (.igs), STEP- (.stp), ACIS- (.sat) oder Parasolid- (.x_t oder .x_b) Format.

3. Einer Verformung von SLS- und MJF-Teilen vorbeugen

Bei pulverbasierten Druckverfahren wie SLS und MJF wird Pulver mithilfe von Wärme zu einem Festkörper gesintert. Durch die Anwendung von Wärme beim Aufbauen des Teils kann es auch zu einer unerwünschten Teileverformung kommen. Die Teilegröße und die Gesamtdicke haben den größten Einfluss auf das Verformungspotenzial. Je größer das Teil – ab 200 mm wird‘s besonders schwierig – desto größer die Wahrscheinlichkeit, dass sich das Teil verformt. Je dünner ein Teil ist und je näher es der Mindest-Merkmalgröße kommt, desto wahrscheinlicher ist eine Verformung. Wir empfehlen vier Optionen, wenn Sie fürchten, dass sich Ihr Teil verformen könnte.

1. Halten Sie nach Möglichkeit eine gleichmäßige Wandstärke – im Idealfall 3 mm – ein, damit das Teil möglichst stabil ist.
2. Entscheiden Sie sich für ein glasfaserverstärktes Nylon, wie z. B. PA 12 40 % glasfaserverstäkt (SLS-Werkstoff).
3. Wenn Ihr Teil größer ist als 200 mm und Sie eine Verformung befürchten, können Sie auch ein unverstärktes Nylonmaterial in unserer großen SLS-Maschine mit einem Bauraum von 676 mm x 367 mm x 564 mm verarbeiten lassen.
4. Zu guter Letzt haben Sie die Möglichkeit, das Teil in unseren großformatigen Stereolithographie (SLA)-Maschinen mit einem Bauraum von bis zu 736 mm x 635 mm x 533 mm drucken zu lassen.

4.Schrumpfdifferenzen bei SLS- und MJF-Teilen vermeiden

Ähnlich wie eine Teileverformung kann auch eine ungleichmäßige Schrumpfung auftreten, wenn das Material bei einem Teil ungleichmäßig verteilt ist. Wenn eine Seite eines Teils im Vergleich zum restlichen Teil außergewöhnlich dick ist, kann dies dazu führen, dass die verschiedenen Bereiche unterschiedlich schnell abkühlen. Die dickeren Bereiche kühlen sehr viel langsamer ab als die dünneren, und das kann zu einer unerwünschten Schrumpfdifferenz führen.

Wird an einem Teil ein dickes Merkmal benötigt, empfehlen wir Ihnen, das Merkmal zu einer Schale von ca. 3 mm auszuhöhlen. Falls möglich, sollte die Gesamtdicke des Teils mit der Schalendicke des großen Merkmals übereinstimmen.

5. Große Überhänge bei DMLS-Teilen vermeiden

Der 3D-Druck mit Metall stellt eigene Anforderungen an das Design. Ein häufig auftretendes Problem dabei sind Überhänge. Anders als selbsttragende Winkel, die einem Teiledesign eine gleichmäßige Schräge verleihen, bilden Überhänge abrupte Übergänge in der Geometrie eines Teils. DMLS unterstützt Überhänge im Vergleich zu anderen 3D-Druck-Technologien, wie der Stereolithographie und dem selektiven Lasersintern, nur sehr begrenzt. Überhänge von über 0,8 mm sollten zusätzlich abgestützt werden, um Schäden am Teil zu vermeiden. Beim Entwerfen von Überhängen sollten die Grenzen nicht zu stark ausgereizt werden, da große Überhänge die Detailschärfe eines Teils verringern bzw. sogar zum Zusammenbrechen des gesamten Bauteils führen können. Lesen Sie in diesem kürzlich erschienenen Design-Tipp zu 3D-Druckteilen aus Metall nach, wie Sie mittels DMLS komplexe, langlebige und leichte Metallteile herstellen können.

6. Bei SLA-Teilen nicht zum falschen Material greifen

Moderne SLA-Maschinen verwenden eine Reihe von thermoplastähnlichen Werkstoffen, darunter mehrere Optionen, die Polypropylen, ABS und Polycarbonat nachahmen können. Bitte beachten Sie jedoch den Begriff ‚thermoplastähnlich’. Es ist wichtig zu unterscheiden, dass die mechanischen Eigenschaften von SLA-Werkstoffen nur die Eigenschaften von Spritzgussteilen imitieren. SL-Teile haben nicht die gleiche Stärke und Lebensdauer wie gesinterte, gegossene, gefräste oder Spritzgussteile. Daraus ergibt sich, dass SLA nach wie vor eine hervorragende Wahl für qualitativ hochwertige Prototypenteile ist, wenn das wichtigste Anliegen die Überprüfung der Form und Passform, und nicht unbedingt der Funktion, ist. Eine zusätzliche Orientierungshilfe bietet unser Design-Tipp zu SLA-Werkstoffen sowie unser Leitfaden zur Auswahl von Werkstoffen für den 3D-Druck. Außerdem unterstützen unsere Anwendungstechniker Sie gerne bei der Auswahl des Verfahrens und des Werkstoffs.

7. Sicherstellen, dass sich 3D-gedruckte Elastomerteile für den 2K-Spritzguss eignen

Außerdem sollten Elastomere mit Vorsicht für den 3D-Druck verwendet werden. Das PolyJet-Verfahren verwendet ein spezielles, „aufsprühbares“ flüssiges Photopolymer, dessen Härte spontan innerhalb des Bauvorgangs optimiert werden kann. Dadurch eignet es sich hervorragend für Prototypenteile, die später überspritzt werden sollen – wie z. B. ein weicher, griffiger Handgriff für ein Elektrowerkzeug oder ein wetterfester, abgedichteter Deckel für das Gehäuse eines wissenschaftlichen Geräts. Außerdem stehen Ihnen digitale Photopolymere in Weiß, Schwarz und Transparent/Lichtdurchlässig zur Verfügung.

Somit ist PolyJet wahrscheinlich ein guter Ausgangspunkt, wenn Sie ein 2K-Spritzgussdesign validieren möchten. Allerdings – und hier ist Vorsicht geboten – sollten Sie mit der Hilfe eines unserer Anwendungstechniker prüfen, dass sich Ihr 3D-Druckteil auch für den Spritzguss eignet. Manche Designer geraten mit einem bestimmten Teiledesign in die Klemme, wenn Sie feststellen, dass es nicht kostengünstig in der Massenproduktion umgesetzt werden kann. Weitere Informationen finden Sie in unserem Design-Tipp zu Elastomeren sowie auf unserer Seite zum 2K-Spritzguss und zum Umspritzen von Einlegeteilen.

Uns ist klar, dass wir hier viele Bereiche des 3D-Drucks angesprochen haben. Doch wie immer stehen wir Ihnen unter der Rufnummer +49 (0) 89 905002-22 oder per E-Mail an [email protected] gerne für Rückfragen zur Verfügung.