Wie man stärkere 3D-gedruckte Teile erhält

Der 3D-Druck ist in der Lage, starke Polymer- und Metallteile herzustellen. Bestimmte Anwendungen von 3D-gedruckten Teilen erfordern jedoch möglicherweise viel mehr Festigkeit. Design und Materialauswahl sind die kritischsten Faktoren, die die Festigkeit eines 3D-gedruckten Teils bestimmen. Allerdings kann selbst ein gut gestaltetes Teil Schwächen aufweisen und im Betrieb versagen, wenn andere einfache und wichtige Techniken zur Verbesserung der Festigkeit ignoriert werden.

Es gibt verschiedene Techniken zur Verstärkung von 3D-Drucken. Diese können in drei große Kategorien eingeteilt werden:Teilegeometrie, Druckeinstellungen und Nachbearbeitung.

Teilegeometrie

Die Geometrie des Teils spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Festigkeit eines 3D-Drucks. Die Verwendung von Rundungen und Fasen erhöht die mechanische Festigkeit der Kanten, während Zwickel und Rippen strukturelle Unterstützung bieten.

Verwenden Sie Verrundungen oder Fasen

Verrundungen oder Fasen bieten eine starke Grundlage für dünnere Abschnitte in 3D-Teilen. Sie verhindern, dass die Düsen empfindliche Teile vom Druck abschlagen.

Verwenden Sie Rippen und Seitenfalten

Rippen und Knotenbleche sind dünne Extrusionen, die senkrecht von einer Wand oder Ebene abstehen. Sie bieten Unterstützung und erhöhen die Festigkeit des Teils. Die Dicke der Rippen sollte die Hälfte der Wandstärke betragen und einen Mindestabstand von der doppelten Wandstärke aufweisen. Große und hohe Rippen sollten vermieden werden; stattdessen sollten mehrere kleine Rippen verwendet werden.

3D-Druckeinstellungen

Optimale Einstellungen des 3D-Druckprozesses sind erforderlich, um stärkere Teile herzustellen. Zu diesen Einstellungen gehören die folgenden.

Infill im 3D-Druck

Füllung bezieht sich einfach auf die Materialmenge innerhalb der Außenwände des 3D-Teils. Diese Technik wird häufig im FDM-3D-Druck verwendet, um die Festigkeit zu erhöhen. Die Füllungseinstellung erfolgt auf zwei Arten, Füllungsmuster und Füllungsdichte.

Füllmuster

Dies ist eine sich wiederholende Struktur, die den Raum innerhalb eines 3D-gedruckten Teils ausfüllt. Es ist normalerweise nicht sichtbar. Es gibt zahlreiche Arten von Füllmustern. Sie beinhalten; dreieckiges Muster, bogenförmig, rechteckig, wabenförmig oder sechseckig und konzentrisch. Das Archi-Füllmuster eignet sich am besten für kreisförmige oder abgerundete Teile. Das rechteckige Füllmuster kann aufgrund seines parallelen und senkrechten Gitters ein 100% dichtes Teil ergeben. Das sechseckige Füllmuster bietet das höchste Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, aber der Druck dauert am längsten.

Fülldichte

Eine Füllung von 0 % hat keine Füllung, und eine Füllung von 100 % ergibt ein vollständig festes Teil. Die 100% Füllung macht den stärksten Teil. In vielen Fällen ist es jedoch ein unnötiger Materialverbrauch, der das Gewicht und die Kosten erhöht. Das Wabenmuster eignet sich am besten für Prozentsätze von weniger als 50 %, während das geradlinige Muster am besten für Prozentsätze über 50 % geeignet ist. Übliche Fülldichten liegen zwischen 20 % und 25 %.

Teileorientierung

3D-gedruckte Teile sind in Ebenen parallel zum Baugehäuse am stärksten, da die molekulare Bindung in einer Schicht viel stärker ist als die Klebeverbindungen zwischen den Schichten. Dies sind die X- und Y-Ebenen. Obwohl diese Technik beim FDM-3D-Druck üblich ist, kann sie in anderen Prozessen wie SLA und SLS verwendet werden, um die Festigkeit zu verbessern. Die Ausrichtung des Teils hängt davon ab, wo die Belastung und der Druck im Teil auftreten werden.

Schalendicke

Dies spielt eine bedeutende Rolle bei der Verstärkung von 3D-Teilen. Eine dickere Schale macht ein Teil stärker. Für den FDM-Druck ist eine Schalendicke, die das 3- bis 4-fache des Düsendurchmessers beträgt, am besten für Teile, die einer starken und anhaltenden Belastung ausgesetzt sind. Die meisten 3D-Druckverfahren verwenden ein Standardminimum von etwa 1 mm Dicke. Eine Erhöhung dieses Werts verbessert jedoch die Zug- und Schlagfestigkeit. Detaillierte Informationen zur empfohlenen Dicke für andere 3D-Drucktechnologien finden Sie in unseren Designleitfäden.

Nachbearbeitung

Um die Festigkeit gedruckter Teile weiter zu erhöhen, könnten Sie auch eine Nachbearbeitung in Betracht ziehen. Die folgenden Nachbearbeitungsvorgänge können die Festigkeit von 3D-gedruckten Teilen erheblich erhöhen.

Tempern

Glühen ist einfach ein Prozess, bei dem ein 3D-gedrucktes Teil erhitzt und allmählich abgekühlt wird, um die inneren Spannungen abzubauen, was zu einem härteren Teil führt. Während Metalle und Glas geglüht werden können, können nicht alle Polymere geglüht werden. Einige Materialien, die zum Glühen geeignet sind, sind PLA, PET und PA 12.

Galvanik

Galvanisieren ist eine Nachdrucktechnik, bei der das Teil in eine Lösung aus Wasser und Metallsalzen getaucht wird. Wenn Strom durch die Lösung geleitet wird, bilden Metallkationen eine dünne Beschichtung um das Teil herum. Diese Technik kann auf 3D-Teile von FDM-, SLS-, SLA- oder SCM-Druckern angewendet werden. Es verleiht dem Teil nahezu identische mechanische Eigenschaften wie Metallteile und ist daher für mehrere Anwendungen eine weitaus kostengünstigere Alternative zum Metall-3D-Druck.

Allerdings sind galvanisierte Teile innen immer noch plastisch und wenn sie auf eine höhere Temperatur als die Erweichungstemperatur des inneren Kunststoffs erhitzt werden, dann geht die innere Festigkeit verloren; auch wenn das äußere Metall nicht schmilzt. Zum Galvanisieren können mehrere Metalle verwendet werden, wie z. B. Zink, Chrom, Nickel, Kupfer usw. Vor dem Galvanisieren ist es wichtig, das 3D-Teil zu grundieren, um eine leitfähige Oberfläche zu schaffen, auf der das Metall haften kann. Für die Grundierung wird üblicherweise Graphit verwendet.

Harzbeschichtung

Epoxidharze oder Polyesterharze können zum Beschichten von 3D-gedruckten Teilen verwendet werden. Epoxidbeschichtung ist eine unlösliche Oberflächenbeschichtung, die mit Epoxidfarbe ausgeführt wird. Die Farbe enthält zwei Chemikalien; ein Epoxidharz und einen Härter. Die resultierende Beschichtung ist normalerweise haltbarer und zäher als unbeschichtete Teile. Eine Epoxidbeschichtung ist jedoch nicht geeignet, wenn für das Teil extreme geometrische Genauigkeit und scharfe Kanten erforderlich sind. Polyesterharze hingegen sind dünn und können über komplizierte Teile verteilt werden. Das Harz beginnt 5 Minuten nach dem Auftragen auszuhärten und benötigt normalerweise 24 Stunden, um vollständig zu trocknen. Harzbeschichtung kann auf jedes Teil von jedem Drucker aufgetragen werden.

Kohlefaserverstärkung

Kohlenstoff- oder Glasfasern können auch zur Verstärkung von 3D-Teilen verwendet werden. Kohlefaser hat ein ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und wird am besten für Teile verwendet, die unter Bedingungen konstanter Belastung eingesetzt werden. Im Gegensatz zu Kohlenstoff biegen sich Glasfasern bis zum Bruch. Die Fasern können auf zwei Arten laminiert werden:

• Kurzfaserverstärkung

Bei diesem Verfahren werden die Fasern geschnitten und mit dem Thermoplast vermischt, um die Festigkeit und Steifheit zu verbessern

• Endlosfaserverstärkung

Bei dieser Technik muss die Faser kontinuierlich in den Thermoplast integriert werden, während er extrudiert und abgelegt wird. Bei dieser Technik müssen zwei Düsen gleichzeitig drucken.

Fazit

Bei Xometry Europe bieten wir je nach Kundenwunsch verschiedene Verstärkungsoptionen für 3D-gedruckte Teile an. Gehen Sie einfach zu unserer Sofortangebotsplattform, laden Sie Ihre Modelle hoch, wählen Sie Ihre Optionen und voila:Ihr hochfestes 3D-gedrucktes Teil wird Ihnen in nur wenigen Tagen geliefert.