Die 10 wichtigsten Tipps, die Sie beim Entwerfen Ihres FDM-Teils beachten sollten

Fused Deposition Modeling (FDM) ist eine der beliebtesten 3D-Drucktechnologien für Bastler, Servicebüros und OEMs gleichermaßen. Vom kostengünstigen Prototyping bis hin zu Funktionsteilen eignet sich FDM für eine Vielzahl von Anwendungen und bietet eine große Designflexibilität.

Um jedoch eine höhere Genauigkeit und erfolgreich gedruckte FDM-Teile zu erreichen, sollten Designer und Ingenieure die Möglichkeiten und Grenzen der FDM-Konstruktion berücksichtigen. Um Ihnen zu helfen, die besten Druckergebnisse zu erzielen, haben wir eine Liste der 10 wichtigsten Dinge zusammengestellt, die Sie beim Entwerfen für FDM berücksichtigen sollten.

Der FDM-Druckprozess

Fused Deposition Modeling funktioniert, indem ein Filament durch eine beheizte Düse auf eine Bauplattform extrudiert wird. Wenn das Material abgeschieden wird, kühlt es ab und verfestigt sich und bildet eine feste Materialschicht. Dieser Vorgang wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das endgültige Objekt fertig ist.

FDM funktioniert normalerweise mit einer Vielzahl von thermoplastischen Materialien in Produktionsqualität, obwohl auch einige Metallfilamente verwendet werden können. Es sollte auch beachtet werden, dass 3D-gedruckte FDM-Teile normalerweise eine raue Oberfläche haben und daher eine Nachbearbeitung erfordern, um eine glattere Oberfläche zu erzielen.

10 Tipps zum Entwerfen für FDM

1. Machen Sie Ihr Design wasserdicht

Es ist wichtig, sicherzustellen, dass Ihr FDM-Design wasserdicht ist, d. h. dass sich auf der Oberfläche Ihres 3D-Modells keine Löcher befinden. Ein wasserdichtes Design kann die Druckbarkeit eines Teils beeinträchtigen – nicht wasserdichte Modelle können nicht in 3D gedruckt werden – deshalb ist es wichtig, Ihr Design zu überprüfen, bevor Sie es zum Drucken senden. Die Automatisierungssoftware von RP Platform kann problemlos auf wasserdichte Probleme und andere STL-Dateifehler überprüfen.

2. Unterstützungsstrukturen

Ihre FDM-Konstruktionen können häufig komplexe Merkmale wie steile Überhänge, Brücken, Löcher und Hohlprofile enthalten. Um Build-Fehler zu vermeiden, benötigen diese Funktionen Stützstrukturen. Es ist im Allgemeinen einfacher, Stützen zu reduzieren oder zu vermeiden, da sie den Produktionsprozess zeit- und kostenaufwändiger machen und nach dem Entfernen Spuren hinterlassen. Oftmals lässt sich der Einsatz von Stützstrukturen jedoch nicht vermeiden, da sie das Drucken komplexer Geometrien ermöglichen.

Beim Entwerfen von Teilen für FDM empfiehlt es sich, die 45-Grad-Regel anzuwenden:Elemente mit Winkeln von weniger als 45 Grad müssen unterstützt werden, um sicherzustellen, dass ein Teil während des Druckvorgangs nicht bricht. Beachten Sie auch, dass Wände für Stützen mindestens 1,2 – 1,5 mm dick sein sollten, um Ihrem Teil ausreichende Festigkeit zu verleihen.

3. Wandstärke

Die Mindestwandstärke für FDM-Teile wird durch die Filamentgröße sowie den Düsendurchmesser eines 3D-Druckers bestimmt. Um einen erfolgreichen Druck zu gewährleisten, lautet eine Faustregel, Wände mit der doppelten Dicke des Düsendurchmessers zu entwerfen, mit einer Mindestdicke von 1,5 bis 2 mm.

Obwohl dickere Wände zu stärkeren Teilen führen, erhöht die Konstruktion zu dicker Wände jedoch Ihre Produktionszeiten und -kosten und kann zu Druckproblemen wie Verziehen führen. Wenn Ihr Teil jedoch dicke Wände erfordert, können Sie schraffierte Innenstrukturen anstelle von massiven Wänden entwerfen, um Material zu sparen und die Druckzeit zu reduzieren.

4. Löcher

Der FDM-Prozess erzeugt typischerweise zu kleine Löcher. Dies bedeutet, dass beispielsweise ein Loch mit einem Durchmesser von 5 mm mit einem Durchmesser von etwa 4,8 mm gedruckt werden kann. Daher empfiehlt es sich, übergroße Löcher zu konstruieren.

Normalerweise wird empfohlen, den Lochdurchmesser für Löcher bis 10 mm um 2% bis 4% zu erhöhen. Wenn die Genauigkeit eines Lochdurchmessers kritisch ist, kann das Loch im 3D-Druck mit Untermaß gedruckt und dann gebohrt werden, um den richtigen Durchmesser zu erreichen.

5. Themen

Die beste Vorgehensweise beim Entwerfen von Gewinden besteht darin, scharfe Kanten und 90-Grad-Winkel zu vermeiden. Der empfohlene Gewindetyp für FDM ist 29-Grad-Gewinde (auch als Acme-Gewinde bekannt) mit einer Mindestfadenstärke von 0,8 mm. Denken Sie auch daran, dass Löcher für Gewinde größer als 3 mm sein sollten, um in 3D gedruckt zu werden.

6. Mindestelementgröße

Beim Entwerfen kleiner Merkmale für FDM beträgt die empfohlene Merkmalsgröße für gravierte Details 1 mm Dicke und 0,3 mm Tiefe, um die Lesbarkeit zu gewährleisten. Die Mindestgröße für Säulen und Stifte muss während der Designphase ebenfalls berücksichtigt werden:Diese Merkmale sollten einen Durchmesser von mindestens 2 mm haben, damit sie gedruckt werden können.

7. Verrundungen und Fasen

Da das Material bei FDM während des Druckprozesses erhitzt wird, können auftretende Temperaturänderungen zu Verformungen in Ihrem Teil führen. Glücklicherweise können diese Probleme mit Konstruktionsmerkmalen wie Verrundungen und Fasen vermieden werden. Durch Hinzufügen einer Fase entlang der unteren Kante eines Teils können thermische Spannungen gleichmäßiger verteilt werden, wodurch Verzug und Schrumpfung verringert werden. Das Hinzufügen von Fasen bedeutet auch, dass Ihr Teil auch leicht von der Bauplattform entfernt werden kann.

Neben Fasen können auch Verrundungen in einem 3D-Modell konstruiert werden, um Spannungen beim Drucken zu reduzieren und die Festigkeit eines Teils zu erhöhen. Sie können auch an Überhangflächen von mehr als 45 Grad angebracht werden, sodass keine Stützen erforderlich sind.

8. Teileorientierung

Die Teileausrichtung ist ein wichtiger Punkt, den Sie berücksichtigen sollten, da sie die Oberflächenqualität und Festigkeit Ihres Teils sowie die Anzahl der benötigten Stützen beeinflussen kann.

Erstens ist es wichtig zu bedenken, dass nach oben gerichtete Oberflächen tendenziell eine bessere Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. Zweitens können Sie diese Oberflächen parallel zur Bauplattform ausrichten, um diesen Effekt zu minimieren, da gekrümmte und abgewinkelte Oberflächen häufig zu Treppeneffekten (raue Oberflächentextur) neigen. Schließlich können Sie die Stützen für Löcher eliminieren, indem Sie sie in vertikaler Richtung ausrichten. Wenn Teile mehrere Löcher in verschiedenen Richtungen haben, möchten Sie sich vielleicht zuerst auf Sacklöcher und dann auf Löcher mit dem kleinsten Durchmesser konzentrieren.

FDM-Teile sind stark anisotrop, was bedeutet, dass die Teile in der XY-Achse viel stärker sind als im Z-Plan. Um die Festigkeit zu gewährleisten, ist es ratsam, Ihr Teil so zu konstruieren, dass spröde Merkmale parallel zur Oberfläche ausgerichtet sind.

9. Design zum Zusammenbauen

Oft ist es sinnvoll, komplexe 3D-Modelle in mehrere Teile aufzuteilen, separat zu drucken und anschließend zusammenzusetzen. Dadurch wird nicht nur die Anzahl der Stützen reduziert und die Nachbearbeitung vereinfacht, sondern auch der Druckprozess beschleunigt und gleichzeitig Material gespart.

10. Infill-Rate

Die Füllrate (%) gibt an, wie viel Material ein Teil beim Drucken füllen soll. Wenn keine maximale Festigkeit gefordert ist, ist es ungewöhnlich, sich für eine maximale Füllung für Ihre FDM-Teile zu entscheiden, da dies zu höheren Materialkosten und langsameren Druckgeschwindigkeiten führen kann. Da der Füllungsgrad auch die Festigkeit Ihres Teils beeinflusst, ist es wichtig, die Anwendung Ihres FDM-Teils bei der Auswahl Ihrer Füllungsrate zu berücksichtigen. Prototypen können beispielsweise mit einem geringen Füllungsprozentsatz hergestellt werden, während Endteile normalerweise einen höheren Füllungsprozentsatz für eine höhere Festigkeit erfordern.

Zusammenfassend

FDM ist vielleicht die kostengünstigste Technologie für kostengünstiges Prototyping und Funktionsteile. Um das Beste aus Ihrem FDM-Druckprozess herauszuholen, sollten Sie jedoch die Designrichtlinien für den FDM-Druckprozess berücksichtigen, bevor Sie einen Druck an die Produktion senden. Auch wenn FDM in gewissem Maße einen Trial-and-Error-Ansatz beinhaltet, können Sie unter Berücksichtigung dieser Überlegungen die Komplexität Ihrer Prozesse reduzieren und die Effizienz erheblich steigern.