Verzug beim 3D-Druck verhindern: Experten-Design-Tipps

Designing for 3D Printing (DF3DP) ist eine Blogserie, die bewährte Tipps und Techniken für jeden FFF-Drucker teilt. Unser Ziel: Ihnen helfen, Kosten zu senken, Druckzeit zu reduzieren und das gewünschte Bauteil beim ersten Versuch zu erhalten.

Wenn Sie jemals mit einem FFF-Drucker gedruckt haben, haben Sie wahrscheinlich große oder ungewöhnlich geformte Bauteile gesehen, die sich verziehen. Verzug zwingt Sie zu Nachbearbeitung, Trimmen oder zum Akzeptieren eines unebenen Bodens, der flach sein sollte.

Verzug ist kein Defekt eines bestimmten Druckers; er ist eine Folge thermischer Verformung. Thermoplaste dehnen sich beim Erhitzen aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen. Da FFF-Lagen heiß aufgetragen und dann abgekühlt werden, zieht jede neue Lage das bereits ausgehärtete Material. Die akkumulierte Spannung führt dazu, dass sich das Bauteil wellt oder von der Bauplatte löst.

Zwei praktische Gegenmaßnahmen auf Maschinen-Seite halten das Bauteil warm und verhindern Verzug: eine beheizte Bauplatte und eine beheizte Kammer. Diese Lösungen halten den gesamten Druck auf stabiler Temperatur und eliminieren den Abkühlungsschwund, der Verzug antreibt. Klebstoffe (wie die unseren) und ein graduelles Abkühlen helfen ebenfalls, da das Bauteil während des Schrumpfens an der Platte haftet.

Die effektivste Strategie beginnt jedoch in der Designphase. 3D-Drucker haben Limitations wie jedes andere Fertigungsverfahren. Zum Beispiel wird das kleinste Merkmal, das eine FFF-Maschine produzieren kann, durch Düsengröße und Portalpräzision bestimmt. Wenn ein Design diese Grenzen ausreizt, ist Verzug fast unvermeidlich. Die folgenden fünf Richtlinien helfen Ihnen, Bauteile zu designen, die beim Drucken flach bleiben.

1. Fasen und abgerundete Formen nutzen

Scharfe Ecken konzentrieren Spannung. Wenn sich ein langer, dünner Abschnitt zusammenzieht, wellen sich die Ecken nach oben und erzeugen das klassische „Wellen“, das in vielen Verzugsbeispielen zu sehen ist. Durch Ersetzen scharfer Kanten mit Fasen verteilen Sie die Spannung über einen größeren Bereich und reduzieren den Zug an jedem einzelnen Punkt.

In unserem Testbauteil halbierte das Hinzufügen von Fasen an jeder Ecke den Verzug fast. Der abgerundete Boden gibt zudem eine kleine Lippe, die das Entfernen von der Bauplatte erleichtert.

Nach der Modifikation blieb das Bauteil flach und erforderte nur minimale Nachbearbeitung.

2. Bauteil mit größter Fläche nach unten orientieren

Jede Lage fügt mehr Material hinzu, das schrumpfen will. Wenn der Querschnitt nach oben hin zunimmt, erfahren die unteren Lagen einen größeren Zug von den oberen Lagen, was die Verzugskraft verstärkt. Drucken mit der größten Fläche unten verteilt die Last gleichmäßiger und erhöht die Kontaktfläche mit der Bauplatte, was die Haftung verbessert.

Wir druckten denselben abgeschnittenen Prismenkörper kopfüber, und das Ergebnis war ein perfekt flacher Boden – kein Verzug überhaupt.

3. Einen Brim hinzufügen

Ein Brim ist eine zusätzliche Materialsicht, die die Basis Ihres Bauteils umgibt. Er vergrößert die effektive Bodenfläche und fungiert als „Puffer“, der die Spannungen absorbiert, die das Bauteil sonst anheben würden.

Brims bieten auch eine solide Fläche für Stützstrukturen und verhindern, dass diese sich beim Schrumpfen wellen. Der Brim absorbiert den größten Teil des Verzugs und hält das Hauptbauteil flach.

4. Bei Bedarf einen benutzerdefinierten Brim designen

Standard-Brim-Einstellungen fallen manchmal kurz, besonders bei komplexen Formen mit unregelmäßigen Kontaktpunkten. In solchen Fällen erstellen Sie einen benutzerdefinierten Brim, indem Sie kleine, abgerundete „Punkte“ an den kritischen Ecken des Bauteils hinzufügen. Diese Punkte erhöhen die Fläche in kritischen Bereichen und verankern den Druck sicherer.

Unsere benutzerdefinierten Brims performen ebenso gut wie die eingebaute Option und sind ideal für komplexe Designs.

5. Untere Lagen mit Verbundfaser verstärken

Markforgeds Mark Two kann Continuous Fiber innerhalb eines Drucks ablegen, was Steifigkeit und Dimensionsstabilität dramatisch erhöht. Das Hinzufügen von Faser zu den ersten paar Lagen verankert die Basis an Ort und Stelle, was Verzug praktisch unmöglich macht.

Für maximalen Nutzen platzieren Sie Faser an sowohl der unteren als auch der oberen Oberfläche – diese Sandwich-Konstruktion optimiert die Torsionsfestigkeit, wie in unserem Verbundwerkstoff-Design-Guide beschrieben.

Das verstärkte Testbauteil blieb flach, selbst ohne Designänderungen.

Zusatztipp: In Onyx drucken für Dimensionsstabilität

Onyx ist ein mikrokohlenstoffverstärktes Nylon, das thermischer Verformung mehr widersteht als Standard-Nylon. In Onyx gedruckte Bauteile verziehen signifikant weniger und liefern ein dimensionsstabileres Ergebnis ohne Notwendigkeit von Faserverstärkung.

Probieren Sie diese Techniken an den STL- und MFP-Dateien aus, die wir bereitstellen, und teilen Sie Ihre Ergebnisse. Bei Fragen oder Vorschlägen für zukünftige Beiträge mailen Sie uns an printstronger@markforged.com.