Orientierung von 3D-Druckteilen:Wie sie sich auf Stärke, Genauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit auswirkt

Es mag wie ein Kinderspiel erscheinen, sich für die Ausrichtung zu entscheiden, die die minimale Z-Höhe und damit die schnellste Bauzeit bietet. Aber die Orientierung nur an der Z-Höhe ist im Hinblick auf Ihre Teileanforderungen möglicherweise nicht immer sinnvoll. Es gibt ein paar andere technische Faktoren, die ins Spiel kommen, wenn man über die Teileausrichtung für den 3D-Druck nachdenkt. Wenn Sie an die Ausrichtung von Teilen für den 3D-Druck denken – insbesondere Stereolithographie (SLA) – denken Sie an einen Bleistift. Was wäre nötig, um diesen Bleistift Schicht für Schicht entweder horizontal oder vertikal in 3D zu drucken? Das horizontale Drucken würde weniger Zeit in Anspruch nehmen, da es flacher ist, wenn es auf der Seite liegt, und das vertikale Drucken würde wesentlich länger dauern, da es hoch steht und mehr gezeichnete Schichten erfordert, die nacheinander übereinander gestapelt sind. Das horizontale Drucken würde im Vergleich zum vertikalen Drucken des Bleistifts auch mehr Stützstrukturen erfordern, und diese würden zusätzliche Zeit erfordern, um sie zu entfernen, um ein fertiges Teil zu erhalten. Ihre Ausrichtungsauswahl könnte also auf Festigkeitsanforderungen oder Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit Ihres Bleistifts hinauslaufen, und Sie möchten Ihr Teil möglicherweise sogar in einem Winkel ausrichten. Es gibt eine Handvoll Überlegungen bei der Auswahl der Stereolithographie-Baurichtung. Fangen wir an!

3D-gedruckte Teileorientierung für Festigkeit

Schauen wir uns zunächst eine kurze Illustration an, die die allgemeinen Auswirkungen des 3D-Druckschichtaufbaus und der externen Teilekräfte auf Teile erklärt. Wenn Spannungskräfte normal oder senkrecht zu den Schichten sind, tritt tendenziell eine Teileschwäche auf. Wenn die Spannungskräfte parallel oder in einer Linie mit den Schichten sind, ist das Teil stärker. Wenn die Kräfte senkrecht zu den Schichten wirken, kann das Teil im Allgemeinen mehr Druck aufnehmen, als wenn die Kräfte in einer Linie mit den Schichten sind. Es gelten zwei Imbissbuden:

1. Drucken Sie in einer Ausrichtung, sodass die Schichten mit der Achse ausgerichtet sind, auf der die Spannungskräfte am höchsten sind und
2. Drucken Sie in einer Ausrichtung, sodass die Schichten die Achse schneiden, wo die Kompressionskräfte am höchsten sind

Im theoretischen Fall des Bleistifts wird eine horizontale Aufbauorientierung wahrscheinlich funktionieren, um die Zug- und Biegekräfte zu berücksichtigen, denen der Bleistift bei der Verwendung ausgesetzt ist. Beachten Sie, dass diese Richtlinien immer für FDM-Teile (Fused Deposition Modeling) gelten. SLA-Teile weisen eine viel geringere Anisotropie auf als FDM-Teile, da die Schichten chemisch gebunden sind und die mit SLA erzielte Auflösung viel höher ist als mit FDM. Bei duroplastischen Materialien kann jedoch eine zusätzliche Überlegung zur Bauteilausrichtung erforderlich sein, um die Festigkeit kritischer Bauteilmerkmale zu maximieren.

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Eine unterschiedliche Schrumpfung ist in einem 3D-gedruckten Teil vorhanden, das wie oben gezeigt ausgerichtet wurde. Der schnelle Übergang von kleiner zu großer Querschnittsfläche verursacht Schrumpfung an diesem Teil.

Orientierung zur Vermeidung unterschiedlicher Schrumpfung

Im Allgemeinen gilt:Je ungleichmäßiger die Materialverteilung in einem Teil ist, desto anfälliger ist es, Opfer eines Phänomens zu werden, das als unterschiedliche Schrumpfung bekannt ist. Bestimmte Teilegeometrien und -größen neigen von Natur aus eher zum Schrumpfen, da sie keine ausreichende Unterstützung durch die vorhergehenden Materialschichten bieten. Denken Sie zur Veranschaulichung an einen Großbuchstaben „H“. Wenn der Querbalkenabschnitt Schicht für Schicht in der Mitte erscheint, neigt er dazu, die Stützbeine nach innen zu ziehen, wodurch sich der Teil in der Nähe des Bodens biegt. Um eine unterschiedliche Schrumpfung zu verhindern, gibt es mehrere Optionen. Oft bauen wir SLA-Teile in einem Winkel, um die Oberfläche und damit die Gesamtbelastung für jede Schicht zu reduzieren. Dies trägt auch dazu bei, die Dimensionalität und Toleranzgenauigkeit der Teile zu erhöhen. Außerdem bauen wir Teile liegend, sodass jede gebildete Schicht die gleiche Fläche wie die darunter liegende Schicht hat und es keine großen Querschnittsschwankungen gibt. Wenn maßkritische oder hochauflösende Teilemerkmale erforderlich sind, empfehlen wir, die Teile so auszurichten, dass diese Merkmale auf der nach oben gerichteten Oberfläche des Teils positioniert werden. Denken Sie daran, dass das Bauen von Teilen in einem Winkel zu Teilen mit nicht idealer Oberflächenbeschaffenheit führen kann, wenn es auf die Optik ankommt.

Eine unterschiedliche Schrumpfung kann vermieden werden, indem Sie so orientieren, dass kleine bis große Querschnittsänderungen am Teil eliminiert werden (siehe oben) oder indem Sie das Teil in einem Winkel ausrichten (siehe rechts).

Wenn glatte, kosmetische Merkmale das Ziel sind, bauen Sie Teile vertikal. Das Bauen in einem Winkel führt zu sichtbaren Schichtlinien, wie auf dem abgewinkelten Zylinder gezeigt.

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Orientierung zum Erreichen der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit

Wenn es für Ihr Teil wichtig ist, ein kosmetisches Finish für den Einsatz auf einer Messe oder in einer Ausstellung zu haben, bauen wir das Teil tendenziell flach und nicht schräg. Alle kritischen Merkmale sollten nach oben zeigen, da die oberen Oberflächen glatt und anfälliger für Maßgenauigkeit sind. Auf der anderen Seite, wenn Ihr Teil mit der Vorderseite nach unten gebaut wird, würden Stützstrukturen, die entfernt und gestrahlt werden müssen, jeglichen Glanzeffekt beseitigen.

Der Glanzeffekt zeigt sich auf dem flach gebauten „H“. Das schräg aufgebaute „H“ hebt Ebenenlinien und die visuellen Effekte hervor, die sie auf Text haben können.

Als Faustregel kann unser Team eine andere Ausrichtung wählen, um Ihnen das beste Qualitätsteil zu liefern. Eine wichtige Sache, die Sie beachten sollten, ist, dass wir automatisch die Ausrichtung auswählen, um die schnellstmögliche Bauzeit einzuhalten, wenn Sie keine gewünschte Teileausrichtung (horizontal oder vertikal) angeben. Wenn Sie uns mitteilen, welche Aspekte für Ihre 3D-gedruckten Teile am wichtigsten sind, können wir bestimmen, wie Sie Ihr Teil während des Bauprozesses am besten ausrichten. Insgesamt ist der größte Vorteil, dass Sie unser Ingenieurteam im Voraus darüber informieren, wenn Sie einen bestimmten Bedarf an einem 3D-gedruckten Teil haben, sei es in Bezug auf kritische Merkmale, Kostenüberlegungen oder eine bestimmte gewünschte Oberflächenbeschaffenheit, damit wir dies sicherstellen können Ihr Teil erfüllt Ihre spezifischen Ziele.