Wandstärke
Die Wandstärke beim FDM 3D-Druck muss mindestens dem zweifachen Düsendurchmesser entsprechen. Meist wird eine 0,4mm Düse angewandt, sodass sich eine Mindestwandstärke von 0,8mm ergibt. Zu hohe Wandstärken sind jedoch ebenfalls nicht empfehlenswert, da so mehr Material und Zeit benötigt wird und es zu einem Verzug kommen kann. Konstruieren Sie ihr Bauteil nach dem Prinzip: So viel wie nötig, so wenig wie möglich!
Oberflächen und Druckausrichtung
Bei der additiven Fertigung wird Ihr Bauteil Schicht für Schicht gedruckt. Daher wird die Qualität der Oberflächen durch die Druckausrichtung beeinflusst. Wie in dem nebenstehenden Bild dargestellt, weisen Diagonale den sogenannten Treppeneffekt auf. Überlegen Sie daher schon bei der Konstruktion, welche Oberflächen die höchste Güte aufweisen sollen. Beim FDM-Verfahren weist die Oberfläche durch die einzelnen Materialraupen Rillen auf, wobei beim SLM-Verfahren eine raue Oberfläche durch das Pulver auftritt. Die Oberflächengüte direkt nach dem Druck entspricht einem Ra>5µm. Nach dem Druck können jedoch alle Arten der Nachbearbeitung durchgeführt werden.
Anisotropie (Richtungsabhängigkeit)
Wie auch bei der Oberflächen- und Druckausrichtung, unterliegen die mechanischen Eigenschaften einer Richtungsabhängigkeit. Die Festigkeit ist parallel zu den Drucklagen höher als orthogonal zu diesen. Vermeiden Sie daher möglichst Elemente an Ihrem Bauteil, welche parallel zur Grundplatte verlaufen und mit Stützstrukturen gedruckt werden müssen.
Toleranzen und Details
Beim FDM – und SLM- Verfahren liegen die Standartgenauigkeiten bei ca. 0,15 % des Nominalmaßes, wobei sie einer Mindesttoleranz von 0,2 mm unterliegen. Details wie Buchstaben oder Zahlen sollten eine Mindestlinienstärke und Mindesthöhe/-tiefe von 0,4 mm aufweisen. Bei einem Element, welches später montiert wird, sollten genügend große Abstände zwischen den Bauteilen berücksichtigt werden. Diese sollten
ca. >0,6 mm betragen, um Bauteile, trotz rauer Oberfläche und dadurch induzierter Reibung, zu montieren.
Supportstrukturen
Bei der additiven Fertigung werden die Bauteile Schicht für Schicht generiert. Durch die essentielle Schwerkraft ist es nicht möglich Schichten ins „Leere“ zu drucken. Daher werden für Überhänge, welche eine Neigung von >45° aufweisen, Supportstrukturen benötigt. Die 45°-Regel gilt für innen- und außenliegende Strukturen. Bei innenliegenden Supportstrukturen ist daher zu beachten, dass diese entfernt werden können. Die Strukturen müssen manuell entfernt werden, wobei beim FDM-Verfahren die Möglichkeit besteht, die Strukturen aus wasserlöslichem Material zu drucken, sodass diese ausgewaschen werden können.
Integrierende Bauteile
Es besteht die Möglichkeit Bauteile direkt integriert herzustellen. Das heißt, Sie können bspw. zwei ineinander verschränkte, nicht demontierbare Bauteile direkt herstellen. Dabei sollte der Mindestabstand der Bauteile zueinander >0,4 mm betragen. Zusätzlich gelten die Regeln für Überhänge und Supportstrukturen.
Pulver-/ Materialentfernung
Bei der Erstellung eines Modells, welche Hohlräume aufweist, ist zu beachten, dass die innenliegenden Supportstrukturen und das Pulver entfernt werden müssen. Zum Entfernen der Materialien wird eine Öffnung von >3 mm benötigt. Bei größeren Materialmengen sollten mehrere und größere Öffnungen eingeplant werden. Bohrungen und Kanäle sollten generell nicht kleiner als 2 mm gewählt werden.
Es gilt: Je länger und komplexer die Kanäle und Bohrungen gestaltet sind, desto größer muss der Durchmesser gewählt werden.
Gewinde und Nachbearbeitung
Gewinde werden nicht fertig eingedruckt, sondern im Anschluss an den Druck nachgeschnitten oder auch durch Gewindebuchsen eingepresst. Ebenso können sonstige Nachbearbeitungen, wie z.B. Lackierungen, mit uns durchgesprochen und geplant werden, sodass Ihr gewünschtes Ergebnis erzielt wird.
Eigenspannungen
Die additive Fertigung mittels FDM und SLM entspricht einem schichtweisen Schweißvorgang. Während des Druckvorgangs, kann es daher zu thermischen Spannungen innerhalb des Bauteils kommen. Bei Bauteilen, welche nicht optimiert gestaltet sind, kann es daher zu einem Verzug oder sogar Versagen der Struktur kommen. Daher sind spezifische material- und prozessabhängige Konstruktionsmerkmale anzuwenden. Kanten sollten mit einem Radius von, wenn möglich, >3mm abgerundet und große Dimensionssprünge vermieden werden. Anstatt kantig zu konstruieren, sollten Sie organische Formen anwenden, um auch das volle Potential der additiven Fertigung auszunutzen.
