Medien für den 3D-Druck

Der 3D-Druck ist eine bahnbrechende Technologie, die die Welt der additiven Fertigung revolutioniert. Einer der Gründe dafür ist die Fähigkeit, Teile und Produkte mit hochkomplexen geometrischen Mustern und Designs herzustellen. Allerdings ist es nicht immer einfach, diese Komplexität mit dem 3D-Druck zu erreichen. In vielen Fällen müssen 3D-Druckunterstützungen zum Teiledesign hinzugefügt werden, damit der Druck wie beabsichtigt ausfällt und nicht während des 3D-Druckprozesses versagt.

Wenn es um die Planung von 3D-Druckunterstützungen für Ihr nächstes Druckprojekt geht, haben Teiledesigner oft Fragen. In diesem Leitfaden zu 3D-Druckstützen beantworten wir einige der häufigsten Fragen, z. B. wann 3D-Druckstützen verwendet werden sollten, welche verschiedenen Arten von Stützen es gibt, wie die Stützen nach dem Druck entfernt werden und vieles mehr!

Die Entscheidung, wann 3D-Druckunterstützungen zu verwenden sind, hängt weitgehend von der spezifischen Art der 3D-Drucktechnologie ab, die Sie verwenden. FDM-3D-Drucker (Fused Deposition Modeling) beispielsweise extrudieren Filament Schicht für Schicht. Wenn Ihr Druckdesign einen Überhang hat, der nicht durch eine Unterlage gestützt wird, wird Ihr 3D-Druck nicht korrekt ausgeführt. In diesen Fällen sind 3D-Druckunterstützungen für Teilekonstrukteure von großem Nutzen. Weitere Beispiele sind das selektive Lasersintern (SLS) und der 3D-Druck mit Multi-Jet-Fusion (MJF). Bei diesen 3D-Drucktechnologien wird mit Pulver gedruckt, das das Teil umgibt und als Stütze dient. In diesen Fällen sind bei der Planung des Teiledesigns keine Stützen erforderlich.

Ein weiterer Faktor, der bei der Entscheidung über den Einsatz von 3D-Druckstützen zu berücksichtigen ist, ist der Grad der Komplexität Ihres Teiledesigns. Bei Überhängen müssen Sie zum Beispiel den Grad der Neigung abschätzen. Wenn die Neigung 45 Grad oder weniger beträgt, können die meisten FDM-Drucker den Überhang ohne Stützen drucken. Ist der Winkel des Überhangs hingegen größer als 45 Grad, müssen Sie den Einsatz von Stützen einplanen, da sich der Überhang sonst wahrscheinlich verformen wird. Ein weiteres gängiges Beispiel ist ein Teil, das eine Brücke über einen Spalt zwischen zwei Bereichen hat. Wenn diese Brücke länger als 5 mm ist, müssen Sie höchstwahrscheinlich Stützstrukturen in der Lücke in Ihre Teilekonstruktion aufnehmen.

Die Art der 3D-Druckunterlage, die Sie verwenden, hängt von der spezifischen 3D-Drucktechnologie ab, die Sie wählen. Bei den FDM-3D-Drucktechnologien werden beispielsweise Baum- und Gitterträger verwendet. Gitterträger eignen sich hervorragend, um Teile zu fixieren und Säulen zu bilden, was besonders bei Teilen mit steilen Überhängen hilfreich ist. Tatsächlich sind Gitterträger aufgrund ihrer effizienten Herstellung und ihrer hohen Kompatibilität mit den meisten 3D-gedruckten Teilen sehr verbreitet. 

Außerdem beginnen Baumstützen, wie der Name schon sagt, mit dicken Stämmen und werden dünner, je näher sie an das Teil herankommen, wie die Äste eines Baumes. Baumstützen eignen sich hervorragend für Teile, die eine selektivere Form der Unterstützung benötigen, wie z. B. Designs mit Überhängen, die streng vertikal sind.

Wenn Sie einen 3D-Drucker mit zwei Extrusionsköpfen verwenden, sind lösliche Halterungen eine weitere Option. Bei löslichen Trägern werden Materialien, die sich auflösen lassen, wie z. B. Limonen, zusammen mit dem 3D-Druckmaterial extrudiert. Lösliche Träger sind eine gute Wahl, wenn Ihr Budget es zulässt, da sie durch einfaches Einweichen in Wasser abgewaschen werden können.

Diese löslichen Träger sind die ideale Lösung, um ein hervorragendes Oberflächenfinish zu gewährleisten, da sie zusätzliche Schritte bei der Nachbearbeitung überflüssig machen, was die Durchlaufzeit und die Gesamtkosten des Projekts verringert. Es ist wichtig zu beachten, dass 3D-Druckmaterial und lösliches Trägermaterial nicht zusammen extrudiert werden können. Wenn Ihr 3D-Drucker nur einen Druckkopf hat, kommen lösliche Träger daher nicht in Frage.

Einer der wichtigsten Faktoren beim 3D-Druck ist die Art und Weise, wie die Halterungen nach dem Druck von Ihrem Teil entfernt werden. Wie bereits erwähnt, kann sich die Einfachheit der Stützentfernung auf die Durchlaufzeiten und Kosten Ihres Projekts auswirken. Je mehr Stellen an Ihrem Teil mit Halterungen verbunden sind, desto größer ist die Gefahr, dass an den Halterungsstellen Markierungen und Brüche auftreten.

Gitterstützen beispielsweise bieten eine vollständige Oberflächenunterstützung, sind aber schwer zu entfernen, ohne die Qualität der Oberfläche Ihres Teils zu beeinträchtigen. Im Gegensatz dazu führen baumartige Stützen, die sparsamer und an präziseren Stellen eingesetzt werden, zu weniger Kontaktstellen auf Ihrem Teil und zu einem viel einfacheren Entfernungsverfahren.

Nach Abschluss des Druckvorgangs können Sie die Stützen mit einer Zange vorsichtig drehen, greifen und vom Druck abziehen. Wenn die zu entfernende Halterung größer und leicht zugänglich ist, können Sie sie auch vorsichtig mit den Fingern entfernen. Wenn Sie nach dem Entfernen der Stützen Wert auf Ästhetik legen, können Sie die Bereiche Ihres Teils, die mit den Stützen in Kontakt waren, abschleifen, um eine glatte Oberfläche zu erhalten.

3D-Druckstützen ermöglichen zwar die Herstellung komplexerer Teile, haben aber auch einige Nachteile. Die Verwendung von Stützen erfordert eine sorgfältige Entfernung, die Möglichkeit der Nachbearbeitung und längere Projektlaufzeiten. Je nachdem, welche Art von 3D-Druckstütze Sie verwenden, wirken sich der Grad der Komplexität und die Größe auf die Gesamtproduktionszeit aus. In dieser Hinsicht können Baumstützen für Ihren Drucker anspruchsvoller sein. Darüber hinaus müssen die (je nach Verwendungszweck) eventuell erforderlichen Nachbearbeitungsschritte berücksichtigt werden, da das Entfernen und Abschleifen der Halterung recht arbeitsintensiv sein kann.  

Ein weiterer Nachteil des 3D-Drucks sind neben der längeren Vorlaufzeit auch die Kosten für die Halterungen. Die Realität sieht so aus, dass für 3D-Druckstützen mehr Material für Ihr Projekt verwendet werden muss. Wenn Ihr Entwurf beispielsweise steile Überhänge aufweist und Gitterstützen benötigt werden, können die Kosten für das Material, das zur Herstellung der Stützen verwendet wird, beträchtlich sein. Aufgrund der längeren Vorlaufzeit und der höheren Kosten, die mit dem 3D-Druck von Stützen verbunden sind, gibt es einige Alternativen, die Sie für Ihr nächstes 3D-Druckprojekt in Betracht ziehen können.

Für einige Teilekonstrukteure sind die zusätzlichen Vorlaufzeiten und die höheren Kosten, die mit 3D-Druckunterstützungen verbunden sind, zu belastend. In diesen Fällen gibt es alternative Optionen, die Sie mit 3D-Slicern und Ihrem 3D-Drucker erkunden können.

Bei der Erstellung von Halterungen für Ihre 3D-gedruckten Teile sollten Sie idealerweise die Dicke und Dichte der Halterungen mit der tatsächlichen Geschwindigkeit, mit der sie gekühlt werden, abstimmen. Mit anderen Worten: Je länger die Stützen der großen Hitze ausgesetzt sind, desto länger dauert es, bis sie abkühlen, und desto mehr haften sie an Ihrem Druck. Je kühler Sie die Stützen halten können, desto leichter lassen sie sich daher entfernen. Neben den richtigen Kühlmethoden wirkt sich auch die Dichte der 3D-Druckunterlagen auf ihre Temperatur aus. Wenn Sie also die Möglichkeit haben, die Dichte Ihrer Stützen zu verringern, können diese die Wärme leichter abgeben.

An dieser Stelle können 3D-Slicer Ihnen helfen, wertvolle Anpassungen vorzunehmen. Ein 3D-Druck-Slicer bereitet Ihr Design für den 3D-Drucker vor, indem er einen G-Code erstellt. Ein 3D-Slicer schneidet das Modell in 2D-Schichten und gibt dem 3D-Drucker die Codierungsanweisungen für den Druck jeder Schicht. 3D-Slicer werden nur für Desktop-3D-Drucker verwendet. Für kommerzielle Online-3D-Druckdienste sind 3D-Slicer nicht erforderlich, und der Prozess ist daher viel einfacher.

Es gibt jedoch einige wichtige Überlegungen zum Design des Trägers, die Sie beachten müssen. Dazu gehört die Frage, welche Ausrichtung bei der Erstellung des Supports am konsistentesten ist. Vielleicht haben Sie bereits versucht, die Ausrichtung Ihres Teils anzupassen, aber es werden immer noch viele Halterungen benötigt. In diesem Fall könnten Sie versuchen, die Überhänge zu ändern. Außerdem könnten Sie in Erwägung ziehen, Ihren Entwurf in zwei separate Komponenten aufzuteilen. Der Nachteil dieses Ansatzes ist natürlich, dass Sie nach dem Druck Zeit für die Montage einplanen müssen. Eine weitere Alternative ist die Verwendung einer anderen 3D-Drucktechnologie, bei der keine Stützen erforderlich sind. Mit SLS-3D-Druckern beispielsweise können Designer komplexe Geometrien ohne 3D-Druckstützen herstellen.