3D-Druck - Geometrische Beschränkungen

3D-Drucker sind sehr vielseitig, wenn es um die Art der Teile geht, die sie herstellen können. Je nach verwendeter 3D-Drucktechnologie können Sie Teile in einer Vielzahl von Geometrien und Größen herstellen. Allerdings gibt es selbst bei den fortschrittlichsten 3D-Drucktechnologien immer noch Einschränkungen in Bezug auf die Geometrie.

In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf die Größen- und Geometriebeschränkungen, die bei der Erstellung von 3D-CAD-Modellen für die additive Fertigung zu beachten sind. Das Verständnis dieser Beschränkungen ist von entscheidender Bedeutung, ganz gleich, ob Sie einfache Teile oder hochkomplexe Teile mit komplizierten Konstruktionsmerkmalen herstellen wollen.

Eine der wichtigsten Einschränkungen für jede 3D-Drucktechnologie ist die physische Größe des Teils, das gedruckt werden kann. Obwohl jeder Drucker seine eigenen Größenbeschränkungen hat, ist es im Allgemeinen am besten, einen Industriedrucker für größere Teile zu verwenden. Darüber hinaus besteht eine der besten Lösungen für die Herstellung großer 3D-Druckteile darin, die Teile in mehrere Komponenten aufzuteilen, die separat gedruckt und nach Abschluss des Druckvorgangs zusammengesetzt werden können.

Zwar hat jeder 3D-Drucker seine eigenen Größenbeschränkungen, aber hier sind die üblichen Größen für die folgenden 3D-Druckverfahren aufgeführt:

• FDM - 200 x 200 x 200 mm (desktop) / 900 x 600 x 900 mm (industrial)
• SLA - 145 x 145 x 175 mm (desktop) / 1500 x 750 x 500 mm (industrial)
• SLS - 750 x 550 x 550 mm
• DMLS/SLM - 500 x 280 x 360 mm
• MJF - 380 x 285 x 380 mm

Neben der Baugröße ist die Wandstärke ein weiterer wichtiger Faktor, den Sie bei der Konstruktion von 3D-Druckteilen berücksichtigen müssen. Jede 3D-Drucktechnologie hat eine Mindestwandstärke, die sorgfältig eingehalten werden muss, um ein Versagen des Teils zu vermeiden. Bei den meisten Bauteildesigns ist es nicht möglich, sehr dünne Wände zu drucken, es sei denn, sie sind breiter als die Mindestgröße des druckbaren Features für jede 3D-Drucktechnologie.

Im Folgenden finden Sie die Mindestanforderungen an die Wandstärke für jedes 3D-Druckverfahren:

• FDM - 0.8 mm
• SLA/DLP - 0.5 mm
• SLS - 0.7 mm
• MJF - 0.5 mm
• DMLS/SLM - 0.4 mm

Ein weiterer wichtiger Aspekt, den die Designer von Teilen bei ihren 3D-Druckmodellen berücksichtigen müssen, ist die Anforderung, dass das Teil vollständig vielfältig sein muss - auch "wasserdicht" genannt. Vielfältig bedeutet, dass jede Kante des Teils mit genau 2 Polygonen verbunden sein sollte. Außerdem sollte das Teil keine Löcher enthalten, es sei denn, sie sind für das geplante Design notwendig. Wenn Ihr Modell nicht vielfältig ist, besteht die Gefahr, dass die 3D-Drucksoftware die Anweisungen für den 3D-Drucker falsch interpretiert. Nicht-verzweigte 3D-Druckdesigns können dazu führen, dass der Druck Löcher, inkonsistente Schichten und zusätzliche Defekte aufweist. Diese Probleme werden höchstwahrscheinlich dazu führen, dass Ihr Teil nicht gedruckt werden kann.

Jeder 3D-Druck besteht aus Polygonen, die gemeinhin als "Flächen" bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um die flachen Quadrate, die in polygonalen Nicht-CAD-Modellen zu finden sind.  Jedes Polygon stellt die Fläche zwischen 3 oder 4 Kanten dar. Außerdem muss jede dieser Kanten mit 2 Polygonen auf beiden Seiten verbunden sein. Das Problem besteht darin, dass nicht-vielfältige Defekte in der Modellierungsphase oft nicht eindeutig sind. Die beste Methode, um zu überprüfen, ob ein Modell druckbar ist, ist die Verwendung spezieller Softwareprogramme, die Merkmale Ihres Entwurfs hervorheben können, die beim 3D-Druck Probleme verursachen könnten.

CAD-Software verwendet nicht-uniforme rationale Basissplines (NURBS), um die Oberflächen eines 3D-Modells darzustellen. Wenn Sie Ihr Modell in das STL-Dateiformat exportieren, müssen Sie unbedingt sicherstellen, dass eine angemessene Anzahl von Polygonen zur Darstellung der Oberflächen verwendet wird. Auf diese Weise können Sie sicherstellen, dass Ihr Teil nach dem 3D-Druck eine glatte Endbearbeitung aufweist.

Wenn Ihr 3D-Modell mit einer unzureichenden Anzahl von Polygonen exportiert wird, werden die Kanten, die einzelne Polygone verbinden, höchstwahrscheinlich in Ihrem 3D-Druckteil sichtbar sein. Dieses visuelle Erscheinungsbild ist bei größeren Modellen sogar noch ausgeprägter, da die Polygone auf gekrümmten Oberflächen besser sichtbar sind. Wenn Sie jedoch zu viele Polygone in Ihr 3D-Modell exportieren, überschreitet die Dateigröße das Limit der meisten 3D-Drucker. Bei der Erstellung von Polygonnetzen ist außerdem zu beachten, dass feinere Netze zu größeren Dateigrößen führen, die für den 3D-Drucker problematisch sein können.