Wie beeinflusst die Ausrichtung des Teils seine endgültige Qualität beim 3D-Druck?

In der Welt der additiven Fertigung hat jede Design- und Konfigurationsentscheidung einen direkten Einfluss auf das Endergebnis des Teils.  

Zu den kritischen Faktoren gehört die Ausrichtung des Teils im 3D-Druck-Prozess , die eine der bestimmendsten Variablen sowohl für die Oberflächenqualität als auch für die mechanischen Eigenschaften des Produkts ist. Das Verständnis ihrer Implikationen ist für Ingenieure, Designer und Techniker unerlässlich, die ihre Ergebnisse optimieren möchten. 

In diesem Artikel erforschen wir, wie die Ausrichtung eines Teils während des 3D-Drucks Schlüsselaspekte wie die Oberflächenqualität, die strukturelle Festigkeit, den Materialverbrauch und die Produktionszeit beeinflussen kann. Durch einen technischen und anwendungsbezogenen Ansatz heben wir die wichtigsten Kriterien hervor, um fundierte Entscheidungen in additiven Fertigungsprozessen zu treffen. 

Was bedeutet es, ein Teil im 3D-Druck auszurichten?

Die Ausrichtung eines Teils im 3D-Druck bedeutet die Definition dessen, wie es auf dem Druckbett positioniert wird. Je nach eingesetzter Technologie (FDM, SLA, SLS usw.) wird diese Ausrichtung direkt folgende Aspekte beeinflussen: 

• Die Notwendigkeit von Stützstrukturen
• Die Druckzeit
• Die Richtung der Schichten
• Die Qualität der Details und Oberflächenbehandlungen
• Die mechanische Festigkeit des Teils 

Oberflächen, die nach oben oder seitlich orientiert sind, weisen in der Regel bessere Oberflächenbehandlungen auf als nach unten orientierte, insbesondere bei Technologien wie FDM oder SLA. Horizontale Schichten werden gleichmäßiger aufgetragen, während Bereiche mit Überhängen oder Neigungen Stützstrukturen erfordern, die nach deren Entfernung Spuren hinterlassen können. 

Eine Technik zur Verbesserung der Oberflächenqualität besteht darin, ebene Oberflächen des Teils um einen Winkel zwischen 10 und 15 Grad zu neigen, was dazu beiträgt, sichtbare Spuren und Schichtlinien zu minimieren. 

Daher wird für ästhetisch sichtbare Teile empfohlen, die Hauptfläche nach oben oder in vertikaler Ebene auszurichten, wenn eine saubere und homogene Oberfläche gewünscht ist. 

Mechanische Eigenschaften im 3D-Druck

Im3D-Druck beeinflusst die Richtung der Schichten die strukturelle Festigkeit. Die Teile sind im Allgemeinen im Schichtebene (XY) widerstandsfähiger und schwächer in der vertikalen Achse (Z), wo sich die Schichten mit geringerer Anstrengung ablösen können. 

Um die mechanische Festigkeit der 3D-gedruckten Teile zu optimieren, wird empfohlen, die Ausrichtung des Teils mit den Kräften zu alignieren, die während des tatsächlichen Einsatzes auf es wirken, indem Sie die Schichtrichtung optimal nutzen. 

Daher ist es wichtig, die Ausrichtung so zu wählen, dass Kräfte oder Belastungen entlang der Schichten verteilt werden und nicht zwischen ihnen. 

Verwendung von Stützstrukturen und Materialverbrauch bei industriellen 3D-Druckern

Eine unzureichende Ausrichtung kann den Stützstrukturverbrauch erheblich erhöhen, was die Druckzeit verlängert, Materialverschwendung verursacht und die Möglichkeit von Fehlern beim Entfernen erhöht. 

Um die Anzahl der Stützstrukturen zu reduzieren, wird empfohlen, die Teile so auszurichten, dass die Oberflächen, die Stützen benötigen, auf der Basis liegen und Überhänge über 45° minimiert werden, was zu einer saubereren und effizienteren Druckung führt. 

Eine optimierte Ausrichtung kann die Anzahl der benötigten Stützstrukturen reduzieren, insbesondere bei FDM-Druck, bei denen Überhänge über 45° ohne Unterstützung tendenziell versagen. 

Zeit- und Effizienzgewinn bei Rapid Prototyping

Auch die Druckzeit wird durch die Ausrichtung beeinflusst. Teile, die «liegend» gedruckt werden, benötigen tendenziell weniger Schichten als bei einer vertikalen Ausrichtung, was den Prozess beschleunigt. 

Eine gute Praxis zur Reduzierung der Fertigungszeit besteht darin, die Gesamthöhe des Teils in der Z-Achse zu verringern, was die Anzahl der Schichten und damit die Druckzeit reduziert. 

Bei Rapid Prototyping, wo die Zeit kritisch ist, kann eine effiziente Ausrichtung den Unterschied zwischen der Einhaltung oder Nicht-Einhaltung einer Lieferzeit ausmachen. 

Kurz gesagt lässt sich sagen, dass die Ausrichtung des Teils im 3D-Druck kein nebensächliches Detail ist: Sie beeinflusst die Festigkeit, das Design, die Kosten und die Fertigungszeit. Die Wahl der optimalen Ausrichtung erfordert eine Abwägung all dieser Faktoren entsprechend der vorgesehenen Verwendung des Teils.

In Proto&Go! spezialisieren wir uns auf die Technologie des 3D-Drucks Multi Jet Fusion (MJF) von HP, die für industrielle Anwendungen entwickelt wurde. Diese Technik ermöglicht die Fertigung von Teilen aus verschiedenen technischen Kunststoffen für 3D-Druck, wie Polyamid PA12, einem steifen und widerstandsfähigen Werkstoff, oder TPA, einem robusten und flexiblen Werkstoff.      

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