{"id":50927,"date":"2023-10-24T00:01:40","date_gmt":"2023-10-23T22:01:40","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=50927"},"modified":"2023-10-23T13:17:12","modified_gmt":"2023-10-23T11:17:12","slug":"isotropie-im-3d-druck-241020231","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/isotropie-im-3d-druck-241020231\/","title":{"rendered":"Isotropie im 3D-Druck: warum sie wichtig ist und wie sie sich auf die fertigen Teile auswirkt"},"content":{"rendered":"

Wer mit 3D-Druck pers\u00f6nlich oder beruflich bereits Erfahrungen gemacht hat, wird auch schon mal mit dem Konzept der\u00a0 Isotropie<\/strong> in Ber\u00fchrung gekommen sein. Die Definition von Isotropie bezieht sich auf Gleichf\u00f6rmigkeit in allen Richtungen. \u00dcbertragen auf die additive Fertigung hei\u00dft das: Gleichf\u00f6rmigkeit der 3D-Druckteile. A priori k\u00f6nnen wir diesen Begriff also unter vielen Gesichtspunkten interpretieren, sei es die Farbe, die Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit<\/a>, die Form des Modells usw. Die Eigenschaft, die Experten am meisten interessiert und mit der der Begriff Isotropie im Allgemeinen in Verbindung gebracht wird, ist jedoch die Festigkeit. Mit anderen Worten: Ein isotropes Teil ist ein Teil, das in allen seinen physischen Teilen die gleiche Festigkeit aufweist. Aber warum ist es so wichtig zu verstehen, was Isotropie in diesem Sinne bedeutet und wie gelingt die Umsetzung bei 3D-gedruckten Teilen?<\/p>\n

Mit dem zunehmenden Vormarsch des 3D-Drucks als Fertigungsmethode setzen immer mehr Unternehmen die additive Fertigung f\u00fcr die Herstellung von Fertigteilen ein. Daher ist es wichtig, die verschiedenen verf\u00fcgbaren Technologien und die Leistung des verwendeten Materials zu verstehen. Im Allgemeinen gelten die meisten thermoplastischen Polymere<\/a> als isotrop. Dies liegt vor allem an ihrer Beschaffenheit und der Tatsache, dass der Zusammenhalt zwischen den Polymerketten, aus denen sie bestehen, in allen Richtungen gleichm\u00e4\u00dfig ist. Das bedeutet jedoch nicht, dass die aus diesen Materialien hergestellten Teile diese Eigenschaft beibehalten. Tats\u00e4chlich kann das Herstellungsverfahren manchmal eine Anisotropie in den Teilen verursachen, obwohl das Ausgangsmaterial isotrop ist. Wenn dies der Fall ist und man anisotrope Teile erh\u00e4lt, bedeutet dies, dass die Teile je nach Messrichtung unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen. Betrachten wir nun einige Techniken, wie der Isotropiegrad beim 3D-Druck geschaffen oder erhalten werden kann, wobei wir uns nur auf Methoden konzentrieren, die mit Polymeren arbeiten.<\/p>\n

\"Isotropie\"

Unterschied zwischen einem isotropen und einem anisotropen Modell (Bild: IMA \/ Carbon)<\/p><\/div>\n

Wie erh\u00e4lt man Isotropie beim 3D-Druck?<\/h3>\n

Der gro\u00dfe Vorteil von isotrop gedruckten 3D-Teilen besteht darin, dass sie eine h\u00f6here mechanische Festigkeit aufweisen, die f\u00fcr bestimmte industrielle Anwendungen erforderlich ist. Dabei muss eine Reihe von Aspekten ber\u00fccksichtigt werden, um diese urspr\u00fcngliche Qualit\u00e4t der Materialien zu erhalten und endg\u00fcltige Teile mit industriellen Eigenschaften zu erhalten. Im Folgenden werden wir drei spezifische Aspekte analysieren: Design\/Slicing, Druck und Nachbehandlung.<\/p>

\"\"<\/a><\/div>\n

Design und Slicing<\/h4>\n

Wie wir wissen, steht die Entwurfs- und Erstellungsphase eines digitalen Modells am Anfang eines jeden additiven Fertigungsprozesses. Daher ist dies auch ein wichtiger Schritt, der zu ber\u00fccksichtigen ist, wenn es darum geht, isotrope Endteile zu erhalten. Je einfacher und symmetrischer die Teile sind, desto einfacher ist es, dass ihre Festigkeit \u00fcberall gleich ist, wie das obige Bild zeigt. Dabei geht es nicht nur um die allgemeine Form, sondern auch um die F\u00fcllung und das Innere der Teile. Auch die Gestaltung der Geometrie selbst kann eine Rolle spielen, da je nach Bedarf definierte Gitterstrukturen massive Volumen ersetzen k\u00f6nnen. Diese Entscheidung ist zwar nicht unbedingt ausschlaggebend, muss aber bei der sp\u00e4teren Herstellung der Teile ber\u00fccksichtigt werden.<\/p>\n

Schlie\u00dflich m\u00fcssen in dieser ersten Vorfertigungsphase nicht nur die geometrischen Bedingungen, die Technologie und das Druckmaterial ber\u00fccksichtigt werden. Es ist auch wichtig, den Schneideprozess im Slicer zu verstehen. So ist die Fertigungsposition auf der Maschine von entscheidender Bedeutung, um die durch den Prozess verursachte Anisotropie zu kontrollieren und eine maximale Optimierung zu erreichen. Diese Parameter k\u00f6nnen im Slicer eingestellt werden und dienen dazu, einen korrekten Herstellungsprozess der fertigen Teile zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n

Auswahl der Herstellungstechnologie<\/h4>\n

Ein wichtiger Punkt, den es zu ber\u00fccksichtigen gilt, wenn wir isotrope Teile erhalten wollen, ist die Wahl der richtigen additiven Fertigungstechnologie. Betrachtet man den FDM-3D-Druck<\/a>, eine der heute am h\u00e4ufigsten verwendeten Techniken, so st\u00f6\u00dft man auf eine Vielzahl von Problemen im Zusammenhang mit der Isotropie. W\u00e4hrend des thermoplastischen Extrusionsverfahrens werden die geschmolzenen Polymerketten zwischen den benachbarten Schichten verflochten, um das Teil zusammenzuhalten. Auf diese Weise entstehen mikropor\u00f6se Strukturen, bei denen der tats\u00e4chliche Querschnitt des Teils in jeder Richtung im Vergleich zum scheinbaren Querschnitt variiert. Da diese Polymerkettenbindungen nicht sehr stark sind, sind die erhaltenen Modelle senkrecht zu den Schichtlinien schw\u00e4cher.<\/p>\n

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Das orangefarbene Teil ist anisotrop und wurde im FDM-3D-Druckverfahren hergestellt. (Bild: Formlabs)<\/p><\/div>\n

Beim Harz-3D-Druck (SLA oder DLP<\/a>) hingegen werden einzelne Monomere durch die Anwendung einer Lichtquelle kovalent gebunden, was zur Bildung einer festen, ausgeh\u00e4rteten Polymerschicht f\u00fchrt. Die belichtete Schicht ist in der Regel noch nicht vollst\u00e4ndig ausgeh\u00e4rtet und enth\u00e4lt noch ungebundene Monomergruppen. Wenn die n\u00e4chste Schicht belichtet wird, ist es m\u00f6glich, zus\u00e4tzliche kovalente Bindungen zwischen der aktuellen und der vorherigen Schicht herzustellen. Diese Bindungen tragen zur Bildung einer viel st\u00e4rkeren Netzwerkstruktur und einer st\u00e4rkeren Ann\u00e4herung an die Isotropie im Vergleich zur FDM-Technologie bei.<\/p>\n

Eine weitere additive Technologie, die mit Polymeren arbeitet, ist das selektive Lasersintern<\/a> (SLS). Tats\u00e4chlich garantiert diese Technik wohl die besten Ergebnisse f\u00fcr technische Anwendungen mit 3D-Druck. Wie der Name schon sagt, werden dabei polymere Mikropartikel Schicht f\u00fcr Schicht in Pulverform gesintert. In diesem Fall k\u00f6nnen die Anwender auf die in der Industrie am weitesten verbreiteten technischen Polymere wie PA11 und PA12 oder auch thermoplastische Elastomere wie TPE und TPU zur\u00fcckgreifen. Mit dem SLS-3D-Druck erh\u00e4lt man Teile mit idealen Eigenschaften f\u00fcr technische Anwendungen, da sie eine hohe Isotropie und eine hohe Ma\u00dfgenauigkeit aufweisen und Modelle mit komplexen Geometrien erstellt werden k\u00f6nnen. Es ist zu beachten, dass die mit der SLS-Drucktechnik hergestellten 3D-Modelle in ihrer Struktur por\u00f6s sind. Im Gegensatz zu den mit FDM hergestellten Modellen ist diese Porosit\u00e4t jedoch gleichm\u00e4\u00dfig und wird nicht durch die Ausrichtung des Teils w\u00e4hrend des Druckvorgangs beeinflusst. Dies verleiht den Teilen eine bemerkenswerte Isotropie, da ihre realen Querschnitte zwar nicht mit ihren scheinbaren Querschnitten \u00fcbereinstimmen, letztere aber in allen Richtungen einheitlich bleiben.<\/p>\n

Nachbearbeitung<\/h4>\n

Die Nachbehandlung ist der letzte notwendige Schritt in jedem additiven Fertigungsverfahren. In diesem Zusammenhang kann sie eine Schl\u00fcsselrolle bei der Verbesserung der Verbindung zwischen den Schichten und der Verst\u00e4rkung der Isotropie der Teile spielen. Im Falle des 3D-Drucks von Kunststoffen f\u00f6rdern Nachbehandlungstechniken, bei denen W\u00e4rme angewendet wird, wie die thermische Nachh\u00e4rtung, die weitere Aush\u00e4rtung der Schichten im gesamten Teil. Dies wiederum sorgt f\u00fcr einen h\u00f6heren Grad an mechanischer Isotropie im Teil, fast so, als w\u00e4re es im Spritzgu\u00df gefertigt worden.<\/p>\n

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Nachbehandlungsverfahren f\u00fcr harzgedruckte Teile. (Bild: Formlabs)<\/p><\/div>\n

Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen in F\u00e4llen, in denen Drucktr\u00e4ger<\/a> verwendet wurden, bei deren Entfernung einige Defekte auf der Oberfl\u00e4che der Teile zur\u00fcckbleiben. Deshalb k\u00f6nnen einige Nachbearbeitungsmethoden wie Polieren und Schleifen dazu beitragen, diese Unvollkommenheiten auszugleichen und eine Verformung der Teile zu vermeiden, um eine bessere Isotropie zu erreichen.<\/p>\n

Haben Sie bereits Erfahrungen mit Isotropie beim 3D-Druck gemacht? Lassen Sie uns gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook<\/a> oder\u00a0LinkedIN<\/a>\u00a0\u00a0mit. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt f\u00fcr unseren\u00a0w\u00f6chentlichen Newsletter<\/a>.<\/p>\n

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

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