Leitfaden Zum Design
- 3D-DRUCK -

GRUNDLAGEN DES 3D-DRUCKS

3D-Druck bezeichnet die verschiedenen Verfahren, mit denen die physikalische Umsetzung eines 3D-Designs mit Hilfe der additiven Fertigungstechnik erzielt werden kann.

Im Gegensatz zur CNC-Bearbeitung, bei der das Teil durch die Abtragung von Material aus einem Ausgangsblock entsteht, wird bei der additiven Fertigung die Geometrie durch die schichtweise Verfestigung des Materials gewonnen.

Traditionell ist diese Technik eher bei Kunststoffen üblich, wenngleich sich allmählich auch Metalle und andere Materialien durchsetzen.

VORTEILE DES 3D-DRUCKS

Schnelle Bearbeitungszeit

Die Teile werden in der Regel in nur 5 Tagen ausgeliefert, was die Entwicklungszeit verkürzt und die Markteinführung beschleunigt.

Komplexe Geometrien

Praktisch jede Geometrie, egal wie komplex, kann ohne die Einschränkungen anderer Fertigungsverfahren hergestellt werden.

Kosten

Da die Kosten für die Herstellung von Teilen im Allgemeinen niedriger sind als bei jeder anderen Technologie, ist sie die ideale Wahl für Pre-Prototyping und schnelle Produkttests.

Skalierbarkeit

Mit dem 3D-Druck von Proto&Go! kann ein einzelnes Teil oder eine Komponente so einfach hergestellt werden, wie Dutzende von Produktionsteilen, ohne dass Investitionen in Werkzeuge oder Formen erforderlich sind.

Langlebigkeit

Der 3D-Druck kann eine hohe Schlagzähigkeit, eine mittlere Flexibilität und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüssen bieten.

MJF 3D-DRUCKTECHNOLOGIEN

MJF – Multijet Fusion von HP

Es handelt sich um die neueste und fortschrittlichste Drucktechnologie in Industriequalität, die von Proto&Go! für die Ausführung ihrer Projekte eingesetzt wird.

Dieser Drucker wurde von HP entwickelt, um sowohl Prototypen als auch Serienteile aus Materialien wie Nylon – PA12 oder flexiblem TPU herzustellen.

Besonders hervorzuheben sind die Schnelligkeit der Herstellung und die Widerstandsfähigkeit der gewonnenen Teile. So können 100% funktionsfähige Teile in wenigen Tagen und mit einer hohen Auflösung hergestellt werden.

SLS - Selektives Laser-Sintern

Es handelt sich um eine bewährte Technologie, mit der Teile aus Nylon, Polypropylen oder anderen Materialien durch die Verschmelzung von Pulver mittels der Wärmezufuhr eines Ein-Punkt-Lasers hergestellt werden können.

SLS ist eine Vorgänger-Technologie von MJF mit ähnlichen Eigenschaften, aber ohne einige seiner Vorteile, wie die Isotropie des Materials und die Fertigungszeit.

SLA - Stereolithographie

Die Stereolithografie gehört zur Gruppe der additiven Fertigungstechnologien, die als Photopolymerisation oder allgemein als Harz-3D-Druck bekannt sind. Diese Technik nutzt als Prinzip die Verwendung einer Lichtquelle (eines Lasers), um flüssiges Harz auszuhärten und in gehärteten Kunststoff zu verwandeln. Mit SLA gefertigte Teile bieten die höchste Auflösung und Genauigkeit, die schärfsten Details und die glatteste Oberflächenbeschaffenheit aller 3D-Drucktechnologien, was sie ideal für ästhetische Teile macht. Allerdings haben diese auch einen Nachteil: Da das Material lichtempfindlich ist, halten die gewonnenen Teile dem Lauf der Zeit oder der Einwirkung von Umgebungslicht nicht stand und sind in der Regel bei niedrigen Sektionen zerbrechlich. Aus diesem Grund haben wir uns bei Proto&Go! für die CNC-Bearbeitung von ABS entschieden, um Teile für ästhetische Zwecke wie Gehäuse oder Verkleidungen zu erhalten.

FDM - Fused Deposition Modeling

Diese Technik wird oft als die einfachste Methode angesehen. Die Fused Deposition Modeling- oder FDM-Technologie basiert auf 3 Hauptelementen: einem Druckbett/einer Platte, auf dem/der das Teil gedruckt wird, einer Spule mit Filament, das als Druckmaterial dient, und einem Spritzkopf. Vereinfacht gesagt, wird das Material durch den Extruder/Spritzkopf des 3D-Druckers geschmolzen, der das Material präzise Schicht für Schicht auf dem Druckbett aufträgt.

Die gängigsten Materialien für diese Art des Drucks sind u.a. ABS und PLA.

Der große Vorteil dieser Technik ist ihre Einfachheit und Wirtschaftlichkeit, weshalb diese Technologie vor allem im häuslichen Bereich eingesetzt wird.

Technologien im Vergleich

PROZESS - MULTIJET-FUSION (MJF)

Der Prozess beginnt mit einem Beschichtungskopf, der eine sehr dünne Schicht (typischerweise 0,08 mm) des Pulvermaterials, PA12 oder TPU, auf die Druckplattform aufbringt. Nach der Ablagerung einer ersten Schicht trägt ein zweiter beweglicher Kopf die Mittel auf die Geometrie des Teils auf, die den zu sinternden Bereich durch ein in den Kopf selbst eingebautes Schmelzgerät abgrenzt.

Nachdem der gesamte Querschnitt gescannt wurde, senkt sich die Bauplattform um eine Schichtdicke in die Höhe. Das ungesinterte Pulver verbleibt an Ort und Stelle, um nachfolgende Schichten zu stützen, wodurch Stützstrukturen überflüssig werden.

Der Beschichtungskopf trägt eine neue Pulverschicht auf die vorherige, bereits gesinterte Schicht auf, und der Kopf mit den Substanzen und dem Schmelzer führt einen neuen Durchgang durch, um den neuen Abschnitt auf den bereits verfestigten zu sintern. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis alle Teile vollständig gefertigt sind.

Das Ergebnis ist ein Behälter mit Pulver und ausgehärteten Teilen. Diese müssen mindestens 24 Stunden abkühlen, bevor sie entnommen werden können.

MERKMALE - MULTIJET FUSION (MJF)

ANWENDUNGEN - MULTIJET FUSION (MJF)

MultiJet Fusion gedruckte Teile werden häufig industriell für Rapid Prototyping und komplette Produktionsläufe eingesetzt:

  • Luft- und Raumfahrt
  • Automobilbau
  • Konsumgüter
  • Industrieprodukte wie z.B. Spezialmaschinen
  • Gesundheitswesen

MFJ-Funktionsteile und Prototypen werden für:

  • Drohnen
  • Robotik
  • Sondermaschinen
  • IoT-Geräte
  • Sportgeräte
  • Schuhe
  • Orthopädietechnik
  • Bildung
  • Medizinische Geräte verwendet

Der 3D-Druck mit MultiJet Fusion (MJF) ist ebenfalls eine geeignete Technologie, um detaillierte Architekturmodelle zu einem vernünftigen Preis zu erstellen.

EMPFEHLUNGEN ZUM DESIGN

Die meisten der für die Produktionsstrategie erforderlichen Parameter, wie u. a. die Position und Ausrichtung der Teile in der Box, werden direkt von den 3D-Druckern festgelegt, um die Ergebnisse zu optimieren. Während der Produktentwicklungsphase können Designer und Ingenieure jedoch auch Überlegungen anstellen, um die Herstellbarkeit des Teils zu gewährleisten und damit billigere und leichter zu industrialisierende Teile zu erhalten.

Wir haben einige Best Practices zusammengestellt, die Sie bei der Konstruktion eines Teils berücksichtigen sollten, um dessen Kosten zu optimieren.

DIMENSIONEN

Merkmal

Der Multi Jet Fusion-Drucker hat eine maximale Behältergröße von 380 x 284 x 380, dies ist also die maximale Größe der Teile, die hergestellt werden können.

Design-Regel

  • Maximal herstellbare Größe der Teile: 380 x 284 x 380 mm
  • Minimale herstellbare Größe der Teile: 3 x 3 x 3 x 3 mm
Abmessungen des 3D-Druckbereichs

TOLERANZEN

Merkmal

Wie bei jedem Produktionsprozess gibt es auch beim 3D-Druck einige Toleranzen zu berücksichtigen, bevor man ein Design in Betracht zieht, das Anpassungen benötigt.

Design-Regel

Maßtoleranz: ± 0,3% vom Nennmaß mit einem Minimum von ± 0,3 mm.

  • Wenn die Dimension kleiner als 100 mm. ist, beträgt die erwartete Toleranz ± 0,3 mm
  • Wenn die Dimension größer als 100 mm. ist, beträgt die erwartete Toleranz ± 0,3 % der ursprünglichen Dimension

Beispiele

MINIMALE DICKE

Merkmal

Die hohen Temperaturen, die beim Pulversintern entstehen, können zur Verformung oder zum Bruch von dünnen Wänden führen. Daher gibt es Mindestwerte, die nicht überschritten werden dürfen, um Baumängel zu vermeiden.

Design-Regel

  • Herstellbare Mindestdicke : 0,5 mm
  • Empfohlene Mindestdicke: 0,8 mm
Ilustración Guia de diseño CNC

Empfehlung

Wenn grazile Wände (hoch und dünn) oder dünne Wände erforderlich sind, empfehlen wir die Verrippung der Wand oder den Einsatz von Stützwänden.

Regeln für Mindestdicken

MAXIMALE DICKE

Merkmal

Das Schmelzen des Pulvers in hohen Volumendichten ist aufgrund der Konzentration der Temperaturen, die im Inneren des Teils auftreten, nicht möglich. Darüber hinaus sind beim 3D-Druck die Hauptkosten durch die Menge des im Teil enthaltenen Pulvers bedingt.

Aus beiden Gründen ist es empfehlenswert, Designs mit zu dicken Wandstärken zu vermeiden.

Design-Regel

Maximal empfohlene Dicke:

  • Für PA12 – 10 mm
  • Für TPU – 6 mm

Anmerkung:

Falls beim Druck größere Dicken als die empfohlenen erforderlich sind, wird automatisch eine “Füllung” (innere Bienenwand) mit 3 mm dicken Wänden und Löchern, durch die der Staub im Inneren entweichen kann, verwendet. Sie können sich auch dafür entscheiden, die gesamte Wand zu entfernen und die Bienenplatte sichtbar zu machen.

Maximale Dicke Probe

Empfehlung

  • Designen Sie ein Teil, das Strukturelemente enthält, die das Teil verstärken und gleichzeitig die Dicke minimieren

BUCHSTABEN ODER LOGOS

Merkmal

Mit der Multi Jet Fusion-Technologie können Sie Buchstaben und/oder Zeichnungen mit sehr hoher Auflösung und Schärfe drucken.

Design-Regel

  • Mindestens druckbare Schriftart: 6 Punkte
Minimale 3D-druckbare Schriftart
  • Minimale Buchstabenhöhe oder -tiefe: 1 mm.
  • Minimale Buchstabenbreite: 0,4 mm.

LÖCHER

Design-Regel

  • Empfohlener Mindestdurchmesser: 1,5 mm
  • Minimaler herstellbarer Durchmesser: 0,8 mm
Bohrungsdurchmesser für den 3D-Druck

GEWINDE/EINSÄTZE

Merkmal

Gewinde mit Durchmessern größer als M5 sind sowohl im Außen- als auch im Innenformat bedruckbar und funktionieren mit der Multi Jet Fusion-Technologie.

Es ist auch möglich, Metalleinsätze einzusetzen.

Empfehlung

Um Probleme beim Einschrauben zu vermeiden, wird empfohlen, die Gewinde mit einer Toleranz von 0,2 mm im Durchmesser auszulegen.

Wenn Sie also eine Gewindewelle von M6 erhalten wollen, deren Außendurchmesser nach Vorschrift Ø6, betragen sollte, empfehlen wir, diesen Außendurchmesser auf Ø5,8 zu reduzieren, um Toleranzprobleme beim Gewindeschneiden zu vermeiden.

Bei einer Gewindebohrung, Mutter oder einer Schraube muss die Toleranz positiv sein, wodurch der Durchmesser größer wird, als er ursprünglich sein sollte.

Diametro nominal
  • Schraube: Øaußen = Ønominal – 0,2 mm
  • Mutter: Øinnen = Ønominal + 0,2 mm

Anmerkung:

Für Gewinde von M3 bis M8 sind die Metalleinsätze die beste Lösung für die Ausführung von Gewinden in einem gedruckten Teil.

Wenn Sie weitere Fragen haben, können Sie sich jederzeit an die Support-Abteilung von Proto&Go! unter:

info@protoandgo.com | (+44) 20 3318 1736

oder über unseren Online-Chat wenden.