Die Top 10 Tipps, die Sie beim Entwerfen Ihres FDM-Teils beachten sollten

von Lars Holfort

Fused Deposition Modeling (FDM) ist eine der beliebtesten 3D-Drucktechnologien für Bastler, Servicebüros und OEMs gleichermaßen. Vom kostengünstigen Prototyping bis hin zu funktionalen Bauteilen ist FDM für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet und bietet eine große Designflexibilität. Um jedoch eine höhere Genauigkeit und erfolgreich gedruckte FDM-Teile zu erzielen, sollten Designer und Ingenieure die Möglichkeiten und Grenzen des Designs für FDM in Betracht ziehen. Um Ihnen dabei zu helfen, die besten Druckergebnisse zu erzielen, haben wir eine Liste der 10 wichtigsten Punkte zusammengestellt, die beim Entwurf von FDM berücksichtigt werden müssen.

Der FDM-Druckprozess

FDM 3D-Drucker Fused Deposition Modeling arbeitet, indem ein Filament durch eine beheizte Düse auf eine Bauplattform extrudiert wird. Wenn das Material abgeschieden wird, kühlt es ab und verfestigt sich, wobei sich eine feste Materialschicht bildet. Dieser Vorgang wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das endgültige Objekt fertiggestellt ist. FDM arbeitet typischerweise mit einer breiten Palette von thermoplastischen Materialien in Produktionsqualität, obwohl auch einige Metallfilamente verwendet werden können. Es sollte auch beachtet werden, dass 3D-gedruckte FDM-Teile üblicherweise eine raue Oberflächenbeschaffenheit aufweisen und daher eine gewisse Form von Nachbearbeitung erfordern, um eine glattere Oberfläche zu erzielen.

10 Tipps beim Entwerfen für FDM

1. Machen Sie Ihr Design wasserdicht

Es ist wichtig sicherzustellen, dass das FDM-Design wasserdicht ist, dh dass sich auf der Oberfläche Ihres 3D-Modells keine Löcher befinden. Ein wasserdichtes Design kann die Druckfähigkeit eines Teils beeinträchtigen - nicht wasserdichte Modelle können nicht 3D-gedruckt werden. Daher ist es wichtig, dass Sie Ihr Design überprüfen, bevor Sie es zum Drucken senden.

2. Unterstützungsstrukturen

Ihre FDM-Konstruktionen können häufig komplexe Merkmale wie steile Überhänge, Brücken, Löcher und Hohlprofile enthalten. Um Build-Fehler zu vermeiden, benötigen diese Features Support-Strukturen. Im Allgemeinen ist es einfacher, Unterstützungen zu reduzieren oder zu vermeiden, da sie dem Produktionsprozess Zeit und Kosten hinzufügen und nach dem Entfernen Spuren hinterlassen. Häufig kann die Verwendung von Stützstrukturen jedoch nicht vermieden werden, da komplexe Geometrien gedruckt werden können. Bei der Konstruktion von Teilen für FDM empfiehlt es sich, die 45-Grad-Regel anzuwenden: Merkmale mit Winkeln von weniger als 45 Grad müssen unterstützt werden, um sicherzustellen, dass ein Teil während des Druckvorgangs nicht bricht. Eine andere Sache, die Sie beachten sollten, ist, dass die Wände für Stützen mindestens 1,2 - 1,5 mm dick sein sollten, um Ihrem Teil ausreichend Festigkeit zu verleihen.  

3. Wandstärke

Die Mindestwanddicke für FDM-Teile wird von der Filamentgröße sowie dem Düsendurchmesser eines 3D-Druckers bestimmt. Um einen erfolgreichen Druck sicherzustellen, ist eine Faustregel, Wände mit der doppelten Dicke des Düsendurchmessers zu entwerfen, mit einer Mindestdicke von 1,5-2 mm. Auch wenn dickere Wände zu stärkeren Teilen führen, wird die Konstruktion von Wänden, die zu dick sind, Ihre Produktionszeiten und -kosten erhöhen und zu Druckproblemen wie Verziehen führen. Wenn Ihr Teil jedoch dicke Wände benötigt, können Sie anstelle von festen Wänden kreuzschraffierte innere Strukturen entwerfen, die Material sparen und die Druckzeit reduzieren.  

4. Löcher

Der FDM-Prozess erzeugt typischerweise unterdimensionierte Löcher. Dies bedeutet, dass beispielsweise ein Loch mit einem Durchmesser von 5 mm mit einem Durchmesser von etwa 4,8 mm gedruckt werden kann. Daher empfiehlt es sich, übergroße Löcher zu entwerfen. Es wird normalerweise empfohlen, einen Lochdurchmesser von 2% bis 4% für Löcher bis zu 10 mm zu erhöhen. Wenn die Genauigkeit eines Lochdurchmessers kritisch ist, kann das Loch unterdimensioniert 3D-gedruckt werden und dann gebohrt werden, um den korrekten Durchmesser zu erreichen.  

5. Gewinde

Bei der Entwicklung von Gewindegängen sollten scharfe Kanten und 90-Grad-Winkel vermieden werden. Die empfohlene Gewindeart für FDM sind 29-Grad-Gewinde (auch als ACME-Gewinde bekannt) mit einem Gewinde von mindestens 0,8 mm. Denken Sie auch daran, dass Löcher für Gewinde größer als 3 mm sein sollten, um 3D-gedruckt zu werden.

6. Mindestgröße für Details

Bei der Entwicklung kleiner Features für FDM ist die empfohlene Feature-Größe für eingravierte Details 1 mm Dicke und 0,3 mm Tiefe, um die Lesbarkeit sicherzustellen. Die Mindestgröße für Säulen und Stifte muss auch während der Entwurfsphase berücksichtigt werden: Diese Merkmale sollten nicht weniger als 2 mm im Durchmesser betragen, um druckbar zu sein.    

7. Radien und Fasen

Da das Material in FDM während des Druckvorgangs erhitzt wird, können Temperaturänderungen, die auftreten, zu Deformationen in Ihrem Teil führen. Glücklicherweise können diese Probleme mit Konstruktionsmerkmalen wie Rundungen und Fasen vermieden werden. Durch Hinzufügen einer Abschrägung entlang der Unterkante eines Teils können Wärmespannungen gleichmäßiger verteilt werden, wodurch Verzug und Schrumpfung verringert werden. Das Hinzufügen von Fasen bedeutet auch, dass Ihr Teil leicht von der Bauplattform entfernt werden kann. Zusätzlich zu den Fasen können Rundungen zu einem 3D-Modell gestaltet werden, um Spannungen während des Druckens zu reduzieren und die Festigkeit eines Teils zu erhöhen. Sie können auch zu den Überhangflächen von mehr als 45 Grad hinzugefügt werden, wodurch die Notwendigkeit von Stützen entfällt.  

8. Teilorientierung

Die Ausrichtung der Teile ist ein wichtiger Punkt, der berücksichtigt werden muss, da sie die Oberflächenqualität und Festigkeit Ihres Teils sowie die Anzahl der benötigten Halterungen beeinflussen kann. Zunächst ist zu beachten, dass nach oben weisende Flächen tendenziell eine bessere Oberflächengüte aufweisen. Zweitens, da gekrümmte und gewinkelte Oberflächen oft anfällig für Treppenstufeneffekte sind (raue Oberflächenstruktur), können Sie solche Flächen parallel zur Bauplattform ausrichten, um diesen Effekt zu minimieren. Schließlich können Sie die Halterungen für Löcher eliminieren, indem Sie sie in vertikaler Richtung ausrichten. Wenn Teile mehrere Löcher in verschiedenen Richtungen haben, sollten Sie zuerst auf Sacklöcher und dann auf Löcher mit dem kleinsten Durchmesser achten. FDM-Teile sind stark anisotrop, was bedeutet, dass Teile in der XY-Achse viel stärker sind als in Z-Ebene. Um die Festigkeit zu gewährleisten, ist es ratsam, das Teil so zu gestalten, dass die spröden Merkmale parallel zur Oberfläche ausgerichtet sind.  

9. Design für die Montage

Oft macht es Sinn, komplexe 3D-Modelle in mehrere Teile zu zerlegen, separat zu drucken und anschließend zusammenzufügen. Dies reduziert nicht nur die Anzahl der Supports und vereinfacht die Nachbearbeitung, sondern beschleunigt auch den Druckprozess bei gleichzeitiger Materialeinsparung.

Zusammenfassung

FDM ist vielleicht die kostengünstigste Technologie für kostengünstige Prototyping- und Funktionsteile. Um das Beste aus Ihrem FDM-Druckprozess herauszuholen, sollten jedoch Designrichtlinien für den FDM-Druckprozess in Betracht gezogen werden, bevor Druckaufträge an die Produktion gesendet werden. Während FDM in gewissem Maße einen Versuch-und-Irrtum-Ansatz beinhaltet, können Sie aufgrund dieser Überlegungen die Komplexität Ihrer Prozesse reduzieren und die Effizienz erheblich steigern.

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