3D-Druck-Unterstützungsstrukturen:Die wichtigsten Dinge, die Sie wissen müssen

Viele AM-Profis halten Stützstrukturen für ein notwendiges Übel und freuen sich auf den Tag, an dem die Drucktechnik sie überflüssig macht. Ihre intelligente Anwendung eröffnet jedoch vielfältige Möglichkeiten für den Druck komplexer Modelle, die sonst nicht realisierbar wären. Mit den richtigen Stützstrukturen ist es beispielsweise jetzt möglich, ein anspruchsvolles Frontstück für einen Sportwagen in einer Auflage zu produzieren.

Stützstrukturen, wie der Name schon sagt, stützen Ihr Teil während des gesamten Druckprozesses und stellen sicher, dass jedes Element sauber und genau ohne Verformung durch Durchhängen gedruckt werden kann. Sie bieten eine stabile Plattform, auf der weitere Schichten gedruckt werden können und sorgen dafür, dass das Teil während des gesamten Prozesses fest mit dem Druckbett verbunden bleibt.

Unabhängig davon, welche Methoden des 3D-Drucks in Ihrem Betrieb zum Einsatz kommen, Sie müssen irgendwann Stützstrukturen als Teil des Prozesses berücksichtigen wie man sie effektiv nutzt.

Schauen wir uns nun an, welche Stützstrukturen für verschiedene Druckverfahren erforderlich sind:

Selektives Lasersintern und Binder Jetting

Beim Drucken mit diesen Technologien sind keine Stützstrukturen erforderlich. Während des Druckvorgangs unterstützt das Pulverbett selbst das Modell, danach kann es herausgehoben und gereinigt werden. Um Materialverschwendung zu minimieren, achten Sie darauf, Austrittslöcher in Ihr fertiges Design einzubauen, damit überschüssiges Pulver auf der Innenseite des Teils während der Nachbearbeitung entfernt werden kann.

Direktes Metall-Lasersintern

Obwohl DMLS wie SLS ein Pulverbett verwendet, sind dennoch Stützstrukturen erforderlich, um sicherzustellen, dass das Teil sicher am Druckbett befestigt bleibt. Sie tragen auch dazu bei, Verformungen zu vermeiden und sicherzustellen, dass die Wärme richtig abgeleitet wird – was bei den hohen Temperaturen, die in DMLS verwendet werden, unerlässlich ist.

Eine optimale Teileausrichtung ist hier entscheidend und kann helfen, den Bedarf an Stützstrukturen durch Vermeidung von Überhängen zu minimieren. Als allgemeine Regel gilt, dass alle Überhänge mit einem Winkel von weniger als 45° eine Stützstruktur erfordern, also berücksichtigen Sie dies bei der Bestimmung des idealen Druckwinkels. Als Bonus kann dies auch dazu beitragen, sichtbare Schichten im Fertigteil zu minimieren.

Idealerweise sollte der Bedarf an Stützstrukturen bei jedem DMLS-Projekt minimiert werden, da sie sich als ziemlich schwierig herausstellen können und oft Drahtschneiden oder CNC-Bearbeitung erfordern, um ein professionelles Ergebnis zu erzielen. Wenn sie sich als unvermeidbar erweisen, lassen sich Offset-Stützstrukturen in der Regel leichter entfernen, da sie die Anzahl der zu schneidenden Flächen beim Entfernen des Teils vom Druckbett reduzieren können.

Fused Deposition Modeling

Für den FDM-Druck ist eine Unterstützung für alle Überhänge von mehr als 45° und alle Brücken von mehr als 5 mm erforderlich. Hinsichtlich der eigentlichen Stützstrukturen ist es üblich, speziell entwickelte Stützmaterialien zu verwenden, die während des Druckvorgangs über einen separaten Extruder dem Aufbau hinzugefügt werden. Nach dem Drucken werden sie einfach in Wasser oder einer geeigneten Chemikalie gelöst. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es völlig freihändig ist und bedeutet, dass kein weiteres Schleifen und Polieren erforderlich ist, um die Spuren zu entfernen, die normalerweise beim Entfernen von Stützstrukturen hinterlassen werden. Es erfordert jedoch die Verwendung eines Mehrkopfdruckers und das vollständige Auflösen der Träger dauert normalerweise mehrere Stunden.

Alternativ sind bestimmte Trägermaterialien so konzipiert, dass sie sich einfach vom fertigen Teil lösen, ohne dass ein Wasser- oder Chemikalienbad erforderlich ist. Dies ist potenziell schneller, aber das Entfernen der Stützstrukturen muss beim Design des Teils berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass sie sauber entfernt werden können, ohne dass Material zurückbleibt.

Die beiden am häufigsten auflösbaren Materialien für FDM-Trägerstrukturen sind Polyvinylalkohol (PVA) und High-Impact Polystyrol (HIPS). PVA löst sich in Wasser auf, bedenken Sie jedoch, dass es sehr anfällig für Temperaturschwankungen ist, die die Auflösungszeit beeinflussen und sogar zu Verstopfungen im Druckkopf führen können. HIPS hingegen wird weniger von der Temperatur beeinflusst und löst sich eher in Limonen (einem leicht erhältlichen Haushaltsreiniger) als in Wasser auf. Wenn Sie die Verwendung von HIPS planen, sollten Sie die Kosten für Limonen in Ihrem Budget berücksichtigen, da dies je nach Druckvolumen möglicherweise zu erheblichen laufenden Kosten werden kann.

Stereolithographie

Beim Drucken mit SLA sind immer Stützstrukturen erforderlich, um sowohl Verformungen zu vermeiden als auch sicherzustellen, dass Ihr Teil bis zur Fertigstellung richtig auf dem Druckbett fixiert bleibt. Die gute Nachricht ist, dass Stützen im Vergleich zu anderen Verfahren recht einfach zu entfernen sind und in der Regel mit geringem Aufwand abgeschnitten werden können. Beachten Sie, dass die richtige Teileausrichtung die Anzahl der Stützstrukturen, die während eines SLA-Drucks benötigt werden, einschränken kann. Alternativ ist es möglicherweise möglich, ein Teil als mehrere einzelne Teile zu drucken, die dann zusammengeclipst oder verklebt werden können, um die Notwendigkeit von Stützen zu minimieren oder zu eliminieren.

Da SLA-Teile erheblich empfindlicher sind als mit anderen Verfahren hergestellte Teile, sollten Sie beim Abschleifen von Spuren von Stützstrukturen vorsichtig vorgehen. Erwägen Sie als Alternative zum Schleifen ein leichtes Perlstrahlen, um ein glattes, sauberes Finish zu erzielen.

Materialstrahlen

Beim Drucken mit Material Jet benötigen alle Überhänge unabhängig vom Winkel Stützmaterialien. Diese Stützen sind jedoch viel einfacher zu entfernen als mit anderen Methoden und können nach dem Drucken in der Regel einfach abgeschnitten werden, wobei relativ wenig Schleifen und Polieren erforderlich ist, um verbleibende Spuren zu entfernen.

Abschließend noch ein paar allgemeine Richtlinien, die Sie beachten sollten:

• Überlegen Sie, welche Bereiche des Teils am sichtbarsten sein müssen (z. B. die Teile eines Prototyps, die von der vorgesehenen Zielgruppe am meisten gesehen werden) und vermeiden Sie es, dort Stützen anzubringen. um sicherzustellen, dass sie so sauber und attraktiv wie möglich aussehen.
• Vermeiden Sie redundante Stützstrukturen, da diese nur die Druckzeit erhöhen und zu Materialverschwendung führen
• Überprüfen Sie, ob alle Stützstrukturen nach dem Drucken zugänglich sind. Schwer erreichbare Stützen lassen sich nur schwer sauber entfernen.
• Denken Sie daran, dass die Innenbereiche eines Modells möglicherweise auch Stützstrukturen benötigen. Überlegen Sie also, wie diese nach dem Drucken entfernt werden. Es kann notwendig sein, das Design in zwei Teile zu teilen, die separat gedruckt und dann zusammengeklebt werden können.
• Befestigen Sie keine Stützstrukturen an empfindlichen Strukturen oder an anderen Stellen mit feinen Details, da dies beim Entfernen zu Detailverlust führen kann
• Bestimmte Drucker haben die Möglichkeit, Stützstrukturen automatisch hinzuzufügen. Alternativ können Sie sie in Ihrer bevorzugten Softwareplattform hinzufügen, entweder von Hand oder mit einem integrierten Tool, das berechnet, wo Unterstützungsbedarf besteht. Überlegen Sie, wie viel Kontrolle Sie über Ihre Unterstützungsstrukturen haben möchten, bevor Sie Ihre Entscheidung treffen.
• Investieren Sie in einen Satz hochwertiger Spitzzangen und Bündigschneider, da dies das Entfernen von Stützstrukturen erheblich erleichtert. Verwenden Sie Zangen, wo Teile einfach abbrechen können, und Cutter für Stützen, die mehr Präzision erfordern, um ein sauberes Ergebnis zu erzielen. Manche Leute ziehen es vor, für diesen Zweck ein Messer zu verwenden oder sehr kleine Stützen zu entfernen. Bedenken Sie jedoch, dass dies empfindlichere Materialien zerkratzen kann, also arbeiten Sie vorsichtig
• Beim Glätten von Spuren, die beim Entfernen von Strukturen zurückbleiben, schleifen Sie sorgfältig, um unerwünschte Maßänderungen zu vermeiden. Weitere Informationen zum Schleifen finden Sie in unserem letzten Tutorial.

Bei der Arbeit mit Stützkonstruktionen jeglicher Art ist die wichtigste Regel, Vorsicht walten zu lassen und sorgfältig zu arbeiten. Wenn Sie dies beim Hinzufügen von Stützen in Ihrer CAD-Software und beim Entfernen während der Nachbearbeitung tun, erzielen Sie hervorragende Ergebnisse aus Ihren 3D-Drucken.