Die Rolle der Verschachtelung beim Polymer-3D-Druck

Wenn Sie ein 3D-Druckunternehmen betreiben, ist die Senkung der Druckkosten eines der ersten Ziele auf der Liste. Eine Möglichkeit, Kosteneinsparungen zu erzielen und die Nutzung Ihrer 3D-Druckflotte zu optimieren, ist die Verschachtelung, ein üblicher Schritt während des Datenaufbereitungsprozesses für den 3D-Druck.

Heute werden wir uns ansehen, was Verschachtelung ist, welche Vorteile sie bietet, sowie einige Tipps, die Ihnen helfen, die Verschachtelung effizienter anzuwenden.

Was ist Nesting im 3D-Druck?

Beim 3D-Druck ist Nesting Teil einer Bauvorbereitungsphase, die die Nutzung des Bauvolumens eines 3D-Druckers optimiert.

Nesting kann mit Tetris verglichen werden, einem Spiel, bei dem Sie die fallenden Blöcke unterschiedlicher Form anordnen müssen, um die Linie zu füllen, während Sie beim Nesting versuchen, so viele Teile wie möglich in einen 3D-Drucker zu packen, um Kosten zu sparen und die Maschinenproduktivität zu erhöhen.

Nesting wird am häufigsten mit Powder Bed Fusion (PBF)-Technologien wie Selective Laser Sintering (SLS) und HPs Multi Jet Fusion (MJF) verwendet.

Automatisiert oder manuell, Verschachtelung sortiert, orientiert und ordnet 3D-Dateien an, um den Platz in einem 3D-Drucker zu maximieren, ohne die Bereiche zu beeinträchtigen, die nicht gebaut werden. Eine ineffiziente Verwendung von Nesting kann zu Materialverschwendung und Druckfehlern führen.

Warum sollten Sie Nesting im 3D-Druck verwenden?

1. Maschinenkapazität optimieren 

Bei PBF beinhaltet der Druckprozess die Verwendung von pulverförmigen Polymeren und einer Wärmequelle. Wenn eine Pulverschicht aufgetragen wird, zeichnet eine Wärmequelle die von der Software definierten Konturen des Teils nach und schmilzt das Material. Der Vorgang wird wiederholt, bis die Teile produziert sind.

Die fertigen Teile verbleiben in der 3D-Druckkammer, gefüllt mit ungeschmolzenem, losem Pulver und müssen entnommen und gereinigt werden.

Das lose Pulver, das die gedruckten Teile umgibt, dient auch als Trägermaterial und kann teilweise recycelt und wiederverwendet werden.

Materialien für PBF sind teuer und können einen großen Teil der Kosten eines Teils ausmachen. Um die Leistung eines PBF 3D-Druckers zu maximieren und gleichzeitig eine höhere Materialeffizienz einzuführen, muss ein Unternehmen seine Kapazitäten voll ausschöpfen.

Nesting hat sich als eine der Lösungen herauskristallisiert, um eine höhere Packungsdichte zu ermöglichen – was im Wesentlichen bedeutet, so viele Teile wie möglich in einem Aufbau zu verpacken, um die Maschinenfähigkeit optimal auszunutzen.

Indem Sie mehr Teile einpacken, können Sie die gleiche Menge in kürzerer Zeit oder mehr Teile in derselben Baukammer drucken.

2. Material speichern

Bei PBF müssen Sie immer mehr Pulver verwenden, als zum Drucken eines Teils erforderlich ist. Die tatsächliche Menge wird durch die Höhe Ihres Modells definiert. Das unbenutzte Pulver kann durch Mischen mit frischem Pulver wiederverwendet werden, aber in vielen Fällen wird viel Pulver verschwendet.

Ein Dienstleister schätzt beispielsweise, dass von 500 kg Pulver, die er pro Monat kauft, „25 % Teil werden, 25 % Abfall sind und 50 % für die Auffrischung des nächsten Builds wiederverwendet werden“.

Indem Sie Ihre Teile optimal verschachteln und die Höhe Ihrer Bauplattform reduzieren, können Sie Material sparen und Ihre Produktion beschleunigen.

3. Kosten senken

Bei der Berechnung der Kosten eines 3D-Druckteils ist einer der wichtigsten Faktoren der Begrenzungsrahmen des Teils, der sich auf den rechteckigen Raum bezieht, der Ihr gesamtes 3D-Modell enthält und den Platz bestimmt, den das Teil innerhalb des 3D-Modells einnimmt Drucker.

Indem Sie Ihre Teile optimal verschachteln, können Sie mehr Teile in einen Begrenzungsrahmen einfügen. Auf diese Weise können Sie mehr Teile gleichzeitig drucken, was bedeutet, dass Sie schneller produzieren und weniger Pulver verschwenden – was Ihnen unnötige Kosten spart.

Schätzungen zufolge können verschachtelte Modelle zu Einsparungen von rund 30 Prozent führen. Die Konstruktion von Teilen unter Berücksichtigung der Verschachtelung kann die Einsparungen weiter um bis zu 60 Prozent steigern.

Allerdings profitieren nicht alle Teile von der Verschachtelung. Manchmal ist es wirtschaftlicher, Teile in separaten Begrenzungsrahmen zu drucken, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Manuelle vs. automatisierte Verschachtelung

Heutzutage ist die Verschachtelungsfunktion in den meisten 3D-Druckdatenaufbereitungslösungen zu finden. Viele dieser Softwarelösungen bieten eine manuelle Verschachtelung, die in der Regel zeitaufwändig ist und Geschick erfordert, um die bestmögliche Kombination von Teilen auf der Platte zu finden, die den Platz minimiert.

Als Faustregel gilt, mit dem größten Modell zu beginnen und die kleineren Teile darum herum oder, wenn möglich, darin anzuordnen.

Mehrere Tools auf dem Markt bieten auch automatisierte Verschachtelung, wie Materialise Magics und Netfabb, die den Verschachtelungsprozess beschleunigen.

Automatisierte Verschachtelungswerkzeuge können eine der beiden Arten der Teileverschachtelung verwenden:Bounding Box oder geometriebasierte Verschachtelung.

Beim Verschachteln des Begrenzungsrahmens werden die maximalen X-, Y- und Z-Werte Ihres Teils verwendet und ein Rahmen um das Teil gebildet. Bei der geometriebasierten Verschachtelung werden die Oberfläche des Teils und die Zwischenräume basierend auf der tatsächlichen Teilegeometrie betrachtet.

Der Nachteil der Bounding-Box-Verschachtelung besteht darin, dass es schwierig sein kann, damit höhere Teiledichten zu erreichen. Es empfiehlt sich, Teile manuell vorab zu verschachteln, bevor Sie Software zum Ausführen von automatischen Verschachtelungsalgorithmen verwenden.

Ob beim automatisierten oder manuellen Verschachteln, es ist wichtig, zwischen allen Komponenten in Ihrer 3D-Datei bei SLS-Prozessen einen Abstand von mindestens 1,5 mm und bei MJF-Prozessen einen Abstand von 5 mm zu lassen. Dadurch wird verhindert, dass Teile während des Druckvorgangs verschmelzen.

Verschachtelung verwenden, um mit 3D-Druck eine höhere Produktivität zu erzielen

Nesting ist ein entscheidender Schritt bei der Datenaufbereitung für den 3D-Druck. Es hilft, die Maschinenkapazität zu optimieren, Kosten und Druckzeit zu reduzieren und gleichzeitig die Maschinenproduktivität zu steigern.

Während das Verschachteln derzeit noch weitgehend ein manueller Vorgang ist, entwickelt sich die automatisierte Verschachtelungssoftware weiter, um es 3D-Druckdesignern zu ermöglichen, ihre Builds durch schnelleres Verschachteln zu optimieren.

Letztendlich wird es Ihnen ermöglichen, ein profitableres 3D-Druckgeschäft zu betreiben, wenn Sie die Verschachtelung zu einem frühen Zeitpunkt im Designprozess in Betracht ziehen.