{"id":45094,"date":"2023-02-27T00:01:00","date_gmt":"2023-02-26T23:01:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=45094"},"modified":"2023-02-27T10:05:58","modified_gmt":"2023-02-27T09:05:58","slug":"stuetzstrukturen-im-3d-druck-270220231","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/stuetzstrukturen-im-3d-druck-270220231\/","title":{"rendered":"Alles was Sie \u00fcber St\u00fctzstrukturen im 3D-Druck wissen m\u00fcssen"},"content":{"rendered":"

Eines der Merkmale der additiven Fertigung<\/a> ist, dass sie eine gro\u00dfe Designfreiheit bietet, um komplexe und wirklich beeindruckende Teile zu schaffen. Die perfekte Herstellung von Modellen kann jedoch Zwischenschritte erfordern, wie z. B. den Einsatz von St\u00fctzen. Beim 3D-Druck sind St\u00fctzen Strukturen, die die freitragenden Bereiche eines Teils st\u00fctzen. Obwohl es auf den ersten Blick ein einfaches Konzept zu sein scheint, k\u00f6nnen bei der Konfiguration von 3D-Druckst\u00fctzen einige Zweifel aufkommen, z. B. wann sie wirklich notwendig sind, wie sie entfernt werden k\u00f6nnen und welche Nachteile ihre Verwendung haben kann. Um diese Fragen zu beantworten, stellen wir Ihnen heute einen vollst\u00e4ndigen Leitfaden f\u00fcr den effektiven Einsatz von Tr\u00e4gern in der additiven Fertigung vor.<\/span><\/p>\n

St\u00fctzstrukturen f\u00fcr die jeweilige Technologie<\/h3>\n

Wenn Sie den Einsatz dieser Strukturen in Erw\u00e4gung ziehen, sollten Sie zun\u00e4chst bedenken, dass je nach verwendeter 3D-Drucktechnologie und der Komplexit\u00e4t Ihres Entwurfs die Art der St\u00fctze und die Funktion variieren werden. Beim FDM-3D-Druck<\/strong> gibt es zum Beispiel zwei allgemeine Regeln, die Sie f\u00fcr St\u00fctzstrukturen kennen m\u00fcssen: die 45-Grad-Regel und die 5-Millimeter-Regel. Die erste bezieht sich auf den horizontalen Versatz der 3D-Drucker zwischen aufeinanderfolgenden Schichten. Wenn also ein \u00dcberhang des Teils in einem Winkel von weniger als 45 Grad zur Vertikalen geneigt ist, k\u00f6nnen Sie diesen \u00dcberhang ohne St\u00fctzen drucken. Ist der Winkel jedoch gr\u00f6\u00dfer, stapelt die Maschine die Lagen nicht richtig und der \u00dcberhang erfordert St\u00fctzkonstruktionen. Andererseits besagt die 5 mm-Regel, dass keine St\u00fctzen erforderlich sind, wenn eine Br\u00fccke (Abstand zwischen zwei parallelen Punkten auf dem Teil) weniger als 5 mm lang ist, andernfalls aber Druckprobleme auftreten. Um die beiden parallelen Punkte ohne St\u00fctzen zu verbinden, verwendet der Drucker eine Technik namens „Bridging“. Bei dieser Methode wird das hei\u00dfe Material \u00fcber kurze Strecken gestreckt, um die Verbindung mit minimalem Durchhang herzustellen.<\/p>\n

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Die 45-Grad-Regel gilt f\u00fcr den 3D-Extrusionsdruck.<\/p><\/div>\n

Im Gegensatz dazu wird beim 3D-Druck von Kunstharz<\/strong> mit Verfahren wie SLA oder DLP<\/a> das endg\u00fcltige Teil durch Photopolymerisation des fl\u00fcssigen Materials mit Hilfe einer Lichtquelle hergestellt. Diese Technologie ist eine der pr\u00e4zisesten, mit der kleinste und komplexeste Objekte mit exakten Details hergestellt werden k\u00f6nnen. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie in umgekehrter Weise als die Extrusion arbeitet, sodass sich die Druckschale oben befindet. Aus diesem Grund und um sicherzustellen, dass die Drucke auf der Plattform haften, ben\u00f6tigen diese Maschinen fast immer St\u00fctzen. Diese Strukturen sehen aus wie d\u00fcnne S\u00e4ulen mit nur wenigen kleinen Punkten, die mit dem Modell in Ber\u00fchrung sind, um Material und Fertigungszeit zu sparen. Die Anzahl der St\u00fctzen, ihre Position, die Stelle, an der sie das Teil ber\u00fchren, und ihre Struktur werden von der Software berechnet und h\u00e4ngen von der Komplexit\u00e4t des betreffenden Teils ab. Bei ordnungsgem\u00e4\u00dfer Nachbearbeitung sollte der 3D-Druck von Kunstharz mit St\u00fctzstrukturen die Qualit\u00e4t des fertigen Teils nicht beeintr\u00e4chtigen.<\/p>

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In der additiven Fertigung gibt es auch eine Reihe von Technologien, die auf einem Pulverbett<\/strong> zur Herstellung der Teile basieren. Zu dieser Gruppe geh\u00f6ren das selektive Lasersintern<\/a> (SLS), das direkte Metall-Lasersintern<\/a> (DMLS), das Elektronenstrahlschmelzen<\/a> (EBM) oder das Binder Jetting<\/a>. Generell sind bei diesen Herstellungsverfahren keine St\u00fctzen erforderlich, da das Pulver selbst in jeder Schicht als Tr\u00e4gerform dient. Dies erm\u00f6glicht zwar eine gr\u00f6\u00dfere Freiheit bei der Gestaltung der Teile, erh\u00f6ht aber h\u00e4ufig die Kosten und den Zeitaufwand f\u00fcr den Druck.<\/p>\n

Es ist erw\u00e4hnenswert, dass beim Pulverbettverfahren zwar keine St\u00fctzen ben\u00f6tigt werden, jedoch w\u00e4re es richtiger zu sagen, dass dies vom Verfahren abh\u00e4ngt. Bei der Arbeit mit Metalltechnologien ist es zum Beispiel etwas komplexer. In diesem Sinne hat der Begriff „St\u00fctzen“ eher die Funktion der Verankerung der Teile auf dem Drucktisch. Robert Chiari, Vertriebsleiter bei DMG MORI, erkl\u00e4rt: „Aufgrund der Spannungen in Metallen, insbesondere in hochfesten Materialien wie Titan, kann sich das Material unterhalb der Norm von der Konstruktion l\u00f6sen. Die St\u00fctze ist also eigentlich eine Platte, die zur Verankerung des Teils w\u00e4hrend der Konstruktion dient“<\/em>. Eine weitere Funktion des Pulvers, das die Teile umgibt, ist (neben seiner Funktion als Tr\u00e4ger) die Ableitung von W\u00e4rme w\u00e4hrend des Herstellungsprozesses, um die Integrit\u00e4t des Teils oder des Materials nicht zu beeintr\u00e4chtigen.<\/p>\n

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Links: ein mit Harz gedrucktes 3D-Teil. Rechts ein „Cockpit-Support“ des Airbus A350 XWB.<\/p><\/div>\n

Beim Material Jetting<\/strong><\/a> 3D-Druck werden fl\u00fcssige Fotopolymere auf die Druckplatte aufgebracht. Schicht f\u00fcr Schicht wird das Material durch eine ultraviolette Lichtquelle sofort ausgeh\u00e4rtet. In diesem Fall ben\u00f6tigen 3D-Drucker St\u00fctzen, wenn Teile des Produkts herausragen, unabh\u00e4ngig vom Winkel oder der Neigung der vorherigen Schicht. Diese Tr\u00e4ger k\u00f6nnen durch Nachbearbeitungsschritte wie Ultraschallb\u00e4der und Sand- oder Wasserstrahlen entfernt werden. Da die Verwendung von Tr\u00e4gern bei dieser Technologie die Endbearbeitung der Teile nicht beeintr\u00e4chtigt, ist es nach der Nachbearbeitung wirklich schwierig zu erkennen, wo die Tr\u00e4germaterialien verwendet wurden.<\/p>\n

Arten von St\u00fctzen beim 3D-Druck<\/h3>\n

Obwohl die St\u00fctzstrukturen bei jeder Technologie eine \u00e4hnliche Funktion haben, gibt es je nach Konstruktion oder Zusammensetzung unterschiedliche Typen. In Bezug auf das Design sind die sogenannten Gittertr\u00e4ger<\/strong> am beliebtesten. Diese Strukturen werden h\u00e4ufig verwendet, um S\u00e4ulen zu schaffen, die die Teile in Position halten, was bei Teilen mit steilen \u00dcberh\u00e4ngen sehr n\u00fctzlich ist. Sie sind aufgrund ihrer einfachen und schnellen Herstellung sowie ihrer Kompatibilit\u00e4t mit den meisten Druckverfahren sehr beliebt. Der einzige Nachteil ist, dass sie in manchen F\u00e4llen schwer zu entfernen sind und sogar Spuren auf Teilen hinterlassen k\u00f6nnen.<\/p>\n

Es gibt auch Baumst\u00fctzen<\/strong>, die sich dadurch auszeichnen, dass sie mit „Stamm“-Strukturen beginnen und sich zu feinen \u00c4sten entwickeln, wenn sie das gedruckte Modell erreichen. Dies ist sehr n\u00fctzlich f\u00fcr die Abst\u00fctzung ausgew\u00e4hlter Teile des Bauteils, die freitragend, aber nicht zu vertikal sind. Lineare St\u00fctzen<\/strong> sind ebenfalls weit verbreitet und \u00e4hneln in gewisser Weise den Baumst\u00fctzen. Sie bestehen aus vertikalen St\u00fctzen, die mit dem gesamten freitragenden Teil oder der Br\u00fccke in Kontakt sind. Sie gew\u00e4hrleisten zwar einen korrekten Abdruck des Teils, sind aber schwieriger zu entfernen und k\u00f6nnen die Oberfl\u00e4che des Modells besch\u00e4digen.<\/p>\n

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Links: eine Gitterstruktur. Rechts: Baumst\u00fctzen.<\/p><\/div>\n

Was schlie\u00dflich das Material betrifft, so gibt es l\u00f6sliche Tr\u00e4ger<\/strong>. Diese Art von Strukturen k\u00f6nnen mit 3D-Druckern mit Doppelextrusion hergestellt werden und lassen sich durch Verd\u00fcnnen in Wasser oder in einem L\u00f6sungsmittel mit komplexeren Komponenten entfernen. Zu den bekanntesten l\u00f6slichen Materialien geh\u00f6ren PVA<\/a> oder HIPS<\/a>, aber es gibt auch fortschrittlichere, wie AquaSys 180<\/a> (entwickelt von Infinite Material Solutions), das mit Hochleistungsmaterialien kompatibel ist.<\/p>\n

Wie kann man den Einsatz von Halterungen optimieren?<\/h3>\n

Bei der Verwendung des 3D-Drucks zur Herstellung von Teilen ist es wichtig, die Funktion der St\u00fctzen und die Vorteile zu verstehen, die sie f\u00fcr den Herstellungsprozess bieten. Neben den bereits erw\u00e4hnten Vorteilen wie Gestaltungsfreiheit und Sicherheit der Endqualit\u00e4t der Modelle bringt die Verwendung dieser Strukturen auch eine Reihe von Nachteilen mit sich. Der erste betrifft die Entfernung dieser St\u00fctzen, da ohne eine angemessene Nachbehandlung die \u00c4sthetik des Endprodukts beeintr\u00e4chtigt werden k\u00f6nnte. Es ist zu erw\u00e4hnen, dass die Spritzgusstechnik eine Ausnahme von dieser Regel darstellt.<\/span><\/p>\n

Jedoch kann ein Design f\u00fcr bestimmte additive Fertigungstechnologien umso komplexer sein, je mehr Halterungen auf dem Slicer konfiguriert werden. Dies h\u00e4ngt eng mit dem offensichtlichen Materialaufwand zusammen, der f\u00fcr die Herstellung der St\u00fctzen erforderlich ist. Die f\u00fcr das Teil ben\u00f6tigte Materialmenge kann unter Ber\u00fccksichtigung verschiedener Aspekte wie Ausrichtung und Genauigkeit sowie anderer Konstruktions- und Fertigungsfaktoren optimiert werden. Durch die richtige Einstellung dieser Parameter k\u00f6nnen wir nicht nur eine Reduzierung der Druckzeit und des Materials, sondern auch der Endkosten und der Durchlaufzeiten erreichen.<\/span><\/p>\n

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Bild: Lychee Slicer<\/p><\/div>\n

Zusammenfassend l\u00e4sst sich sagen, dass die Verwendung von St\u00fctzen in der additiven Fertigung notwendig ist, wenn es sich um komplexe Teile oder Modelle mit vielen \u00dcberh\u00e4ngen handelt. Dennoch ist es wichtig, die Besonderheiten jeder Technologie zu kennen, um das Beste aus diesen St\u00fctzstrukturen herauszuholen und qualitativ hochwertige Endteile zu erhalten.<\/span><\/p>\n

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*Titelbildnachweis: Hubs<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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