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Wie wirkt sich die Teileausrichtung auf einen 3D-Druck aus?

Geschrieben von Ben Redwood

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How does part orientation affect a 3D Print?

Einführung

Konstrukteure übersehen oft, wie wichtig die Teileausrichtung für die Endqualität eines 3D-Druckteils ist. In diesem Artikel wird erörtert, wie sich die Teileausrichtung auf die Teilgenauigkeit, die Herstellungszeit, die Festigkeit und die Oberflächenbeschaffenheit Ihrer gedruckten 3D-Teile auswirkt, und es wird die Bedeutung der Bauausrichtung nach der Technologie behandelt.

Bedeutung der Teileausrichtung

Teilgenauigkeit

Betrachten Sie einen Zylinder mit einem Loch (10 mm Außendurchmesser, 6 mm Innendurchmesser, 30 mm Länge), der mit FDM mit vertikaler Mittelachse bedruckt ist. Der 3D-Drucker würde diesen Teil als eine Reihe von konzentrischen Kreisen konstruieren, die übereinander geschichtet sind. Dies würde einen endgültigen Zylinder mit einer relativ glatten Außenfläche ergeben.

Wenn der gleiche Zylinder mit horizontaler Mittelachse neu ausgerichtet wird, wird das Teil als eine Reihe von Rechtecken (mit leicht unterschiedlicher Breite) übereinander geschichtet aufgebaut. Außerdem wird die Oberfläche des Zylinders, die die Druckbettplattform berührt, flach sein, da das Material wie die ersten Schichten gedruckt wurde.

Durch die Ausrichtung des Teils in verschiedene Richtungen ergibt sich ein signifikanter Unterschied in der Druckqualität, wie auf dem Foto unten zu sehen ist.

Zwei identische Zylinder, die auf gleicher Lagenhöhe in unterschiedlichen Ausrichtungen (links: vertikal, rechts: horizontal) gedruckt werden
Druckdauer

Die Ausrichtung kann auch einen erheblichen Einfluss auf die Druckdauer haben.

Am Beispiel des Zylinders des vorigen Abschnitts wird die horizontale Ausrichtung deutlich weniger Zeit zum Drucken benötigen als die vertikale, da die Gesamtzahl der Lagen deutlich reduziert wird: Bei einer Lagenhöhe von 100 μm wird der horizontale Zylinder mit insgesamt 100 Lagen und die vertikale mit 300 Lagen gedruckt. Dies kann bei großen Teilen zu erheblichen Zeitunterschieden führen.

Teilstärke

Einige 3D-Drucker (insbesondere FDM) drucken Teile, die von Natur aus anisotrope Eigenschaften haben, d.h. sie sind in XY-Richtung viel stärker als in Z-Richtung.

Bei Funktionsteilen ist es wichtig, die Anwendung und die Richtung der Belastungen zu berücksichtigen. Zum Beispiel sind FDM-Teile viel wahrscheinlicher delaminiert und brechen, wenn sie in Z-Richtung unter Spannung gesetzt werden, als in XY-Richtung (bis zum 4- bis 5-fachen der Differenz-Zugfestigkeit).

3D-Drucktechnologien sind im Allgemeinen in einer Richtung viel stärker als in einer anderen
Support-Strukturen

Abstützungsmaterial erhöht den Zeit- und Kostenaufwand für einen 3D-Druck.

Häufig wird viel Zeit für die optimale Ausrichtung der Teile aufgewendet, um die Wahrscheinlichkeit von Druckfehlern und die erforderliche Abstützung zu reduzieren. Weitere Informationen darüber, wie die Verwendung von Abstützung in einem Entwurf optimiert werden kann, finden Sie hier.

Oberfläche

Im Allgemeinen weisen die oberen oder nach oben gerichteten Oberflächen eines 3D-Druckteils die beste Oberflächenbeschaffenheit auf, aber dies variiert von Prozess zu Prozess:

Teileausrichtung nach Prozess

Die folgende table gibt einen Überblick darüber, wie wichtig die Ausrichtung eines Teils für die Qualität eines Teils bei verschiedenen 3D-Druckverfahren ist. Dies ist unabhängig von der Optimierung der Abstützung oder der verfügbaren Rohlinggröße:

Empfohlene Mindestwandstärke
FDM Sehr wichtig
SLA/DLP Sehr wichtig
SLS Wichtig
Material Jetting Wichtig
Binder Jetting Nicht wichtig
DMLS/SLM Sehr wichtig

Faustregeln

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