Wandstärken im 3D-Druck: Alles, was Sie darüber wissen müssen

Bei der additiven Fertigung ist die Vermeidung von Druckfehlern das A und O, ganz gleich, welche Technologie verwendet wird. Sowohl für Anfänger als auch für erfahrene Anwender gibt es verschiedene Fallen, in die sie tappen können, so dass ihr Teil nicht wie gewünscht ausfällt. Eine dieser äußerst wichtigen, aber oft übersehenen Überlegungen beim 3D-Druck ist die Wandstärke.

Nicht zu verwechseln mit der Füllung (Infill) oder der Schichthöhe, bezieht sich die Wandstärke auf die Dicke der Außenwand oder Schale eines 3D-Druckteils, mit Ausnahme der Ober- und Unterseite. Im Gegensatz zu inneren Strukturen, die in ihrer Festigkeit variieren können (in der Regel durch einen Prozentsatz und ein Muster definiert), sind Wände immer fest und spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Stabilität und Festigkeit eines Teils. Aber was ist die Mindestwandstärke? Wie können Anwender wissen, ob ihre Einstellungen korrekt sind? Warum ist der Fokus auf die Wandstärke wichtig? Diese und weitere Fragen haben wir uns im folgenden Leitfaden genauer angesehen.

Die Wandstärke bezieht sich auf die Außenschale des Teils. (Bild: Materialise)

Warum ist die Wandstärke im 3D-Druck wichtig?

Es gibt viele Faktoren, die die Wandstärke ebenfalls beeinflussen kann. Wie bei vielen dieser Optimierungen der 3D-Druckerparameter besteht einer der Hauptvorteile der richtigen Wandstärke beim 3D-Druck darin, dass sie dazu beiträgt, Verformungen (Warping) zu verhindern. Dies liegt daran, dass dadurch die inneren Spannungen reduziert werden können. Generell kann man sagen, dass die Gefahr von zu dünnen Wänden darin besteht, dass die Teile zerbrechlich sind und daher eher brechen, reißen oder sich verformen, entweder während oder nach dem Druck.

Auch zu dünne Wände können durch die Nachbearbeitung negativ beeinflusst werden. Vor allem wenn Stützstrukturen verwendet wurden oder Verfahren wie die Dampfglättung (Vapor Smoothing) erforderlich sind, werden dünne Wände nicht überleben. In diesem Fall ist es äußerst wichtig, dass Sie sich an die Mindestanforderungen für das jeweilige Material halten.

Die Wandstärke bezieht sich auf die äußere Hülle eines 3D-gedruckten Teils, nicht zu verwechseln mit der Füllung im Inneren. (Bild: 3Dnatives)

Auch zu dicke Wände können Probleme verursachen. Wenn Sie extrem dicke Wände haben, verschwenden Sie Material und Geld, und der Druck wird länger dauern. Aber dicke Wände können auch andere Auswirkungen haben.

So sind ausreichend dicke Wände wichtig, um innere Spannungen zu verringern, aber bei manchen Materialien (z. B. Metallen) kann zu viel Material auch zu größeren inneren Spannungen führen. Auch bei Kunststoffteilen kann es zu Rissen kommen. Zu dicke Wände können auch zu Problemen bei der Wärmeableitung im Teil führen. Je dicker die Wände sind, desto höher ist die Materialschrumpfung des Drucks, was ebenfalls zu Verformungen führt.

Bestimmung der Wanddicke

Wie bereits erwähnt, bezieht sich die Wandstärke auf die Dicke der Hülle eines 3D-Druckteils, wobei sowohl zu dünne als auch zu dicke Wände Probleme verursachen können. Sie ist ein Faktor bei allen 3D-Druckverfahren, aber wir wollen uns speziell auf den FDM-3D-Druck konzentrieren. Dabei ist zu bedenken, dass die Dicke eher mit dem Material als mit dem Verfahren zusammenhängt.

Das bedeutet, dass es trotz bestimmter Faustregeln immer noch Mindest- und Höchstanforderungen gibt, die der Benutzer beachten muss. Für ein Material wie PLA gilt beispielsweise eine Mindestwandstärke von 0,8 mm (die in bestimmten Fällen auch geringer sein kann), der Idealwert liegt jedoch eher bei 1,5 mm. Der Bereich für viele andere harte Materialien ist ähnlich. Bei gummiartigen Materialien wie TPU muss die Wandstärke höher sein, etwa 2,0 mm, aber wenn Ihr Teil flexibel sein soll, sollten die Wände nicht zu dick sein, da dies das Teil unförmig macht.

Dennoch gibt es ein paar Tricks, die Sie anwenden können, insbesondere zur Bestimmung der Wandstärke beim FDM-3D-Druck. Diese beziehen sich vor allem auf die Düse. Eine gängige Bestimmungsmethode für die Wandstärke ist ein Vielfaches des Düsendurchmessers.

Beim FDM- und FGF-3D-Druck bestimmt der Düsendurchmesser die Wandstärke (Bild: Pollen AM)

Da die meisten Düsen für den FDM-Druck um 0,4 mm liegen, empfiehlt sich eine Wandstärke von mindestens 0,8 mm oder etwa das Doppelte der Düse. Wenn Sie auf ein noch stärkeres Teil abzielen, können Sie das Vielfache auf das Drei- oder Vierfache erhöhen, also etwa 1,2 mm bis 1,6 mm. Aber Achtung: Es wird oft davor gewarnt, die Wandstärke zu dick zu planen, wobei der „magische Bereich“ für viele gängige Kunststoffmaterialien zwischen 0,8 und 1,6 mm liegt.

Ein weiterer Ansatz ist es, das Vielfache der Düse ganzzahlig zu halten. Das bedeutet, dass die Benutzer die Wandstärke mit x2, x3, x4 usw. bestimmen können. Wenn Sie jedoch versuchen, eine Wandstärke zu erreichen, die das 1,5-fache der Düse beträgt, kann es zu Überschneidungen in den Schichten der Außenwände kommen und den 3D-Druck verlangsamen.

Hilfreiche Tools für Wandstärken im 3D-Druck

Die Sicherstellung einer konsistenten und korrekten Wandstärke muss jedoch nicht allein erfolgen. Nicht jede 3D-Modellierungssoftware berücksichtigt die Wandstärke, sodass die Benutzer dies von Anfang an im Auge behalten müssen. In diesem Fall können Slicer wieder einmal zur Hilfe kommen. 3D-Druck-Slicer verfügen häufig über Funktionen, die sicherstellen, dass der Entwurf keine zu dünnen Wände aufweist. Dies kann wichtig sein, um Probleme vor dem Druck zu erkennen.

Außerdem kann es vorkommen, dass die Wände trotz dieser Empfehlungen dünner sind als das Doppelte des Düsendurchmessers – auch hier kommen Slicer zum Einsatz. Bei feinen Details oder Buchstaben ermöglicht der Parameter „detect fine features“, der in modernen Slicern zu finden ist, den Druck von Wänden, die so dünn sind wie der Düsendurchmesser. Der Vasenmodus ist ein weiterer Parameter, mit dem Wände in der Breite des Düsendurchmessers des Druckers gedruckt werden können, da diese Funktion (d. h. der Vasenmodus) es dem Drucker ermöglicht, vasenähnliche Objekte in einer einzigen kontinuierlichen Extrusion zu drucken, um wasserdichte Drucke zu erzeugen.

Darüber hinaus kann mit der Wanddicke gespielt werden, was auch von Faktoren wie Stützstrukturen abhängt. Wenn Ihr Teil viele Stützstrukturen hat, vor allem in Bereichen, die besonders empfindlich sind, kann es möglich sein, dünnere Wände zu haben (vergessen Sie aber nicht, dass das Entfernen dieser Strukturen bei zu dünnen Wänden ebenfalls schwierig wäre), da diese anderen Faktoren zur Festigkeit des Teils beitragen. Auch Drucker mit höherer Auflösung können Teile mit dünneren Wänden herstellen, aber auch hier sollten Sie die Mindestanforderungen immer im Auge behalten.

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*Titelbildnachweis: Materialise