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Der Einfluss der Schichthöhe auf einen 3D-Druck

Geschrieben von Perry Cain

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The impact of layer height on a 3D Print

Einführung

Bei allen 3D-Druckverfahren werden die Teile Schicht für Schicht aufgebaut. Aufgrund der additiven Natur des 3D-Drucks bestimmt die Dicke jeder Schicht die Auflösung eines Drucks auf ähnliche Weise wie die Anzahl der Pixel die Auflösung eines Fernseh- oder Computermonitors bestimmt. Eine geringere Schichthöhe führt typischerweise zu Teilen mit glatterer Oberfläche. Der Nachteil ist, dass je niedriger die Lagenhöhe, desto länger dauert es, einen Druck fertigzustellen.

Für einen Designer ist es wichtig, zu bestimmen, ob Ästhetik (eine glattere Oberfläche) oder Zeit- (und Kosten-) Einsparungen wichtiger sind. In diesem Artikel diskutieren wir die Vorteile und Grenzen der Verwendung unterschiedlicher Schichthöhen beim 3D-Druck.

3 FDM-Teile mit 50, 200 und 300 Mikrometer gedruckt (von links nach rechts).
Eine vergrößerte Ansicht der FDM-Drucke (50, 200 und 300 Mikrometer von links nach rechts), die zum Vergleich im gleichen Maßstab gezeigt wird.

Warum ist die Schichthöhe so wichtig?

Bei einigen Druckverfahren (wie z.B. SLS, Materialauftrag per Düse oder SLM/DMLS) ist die Auswahl einer Schichthöhe nicht sehr wichtig, da ihre Standardauflösung für die meisten Anwendungen bereits ausreichend ist oder die Schichthöhe bereits vom Maschinenhersteller voreingestellt ist.

Für andere Prozesse (wie FDM und < SLA) ist die Schichthöhe ein wichtiger Designparameter, der sich auf die Druckzeit, die Kosten, das visuelle Erscheinungsbild und die physikalischen Eigenschaften eines gedruckten Teils auswirkt.

Häufig ist der visuelle Unterschied zwischen den Teilen, die auf 100 μm und 200 μm gedruckt werden, sehr gering. Das Teil unter 100 μm wird jedoch doppelt so lange zum Drucken benötigen (der 3D-Drucker muss doppelt so viele Querschnitte nachzeichnen), was sich auf die Kosten auswirken wird.

Was ist die typische Schichthöhe für jeden Prozess?

Die folgende table fasst die typische (und "Standard"-)Schichthöhe für jedes der gebräuchlichsten 3D-Druckverfahren zusammen:

Typische Schichthöhe
FDM 50 - 400 μm (am häufigsten: 200 μm)
SLA/DLP 25 - 100 μm (am häufigsten: 50 μm)
SLS 80 - 120 μm (am häufigsten: 100 μm)
Material Jetting 16 - 30 μm (am häufigsten: 16 μm)
Binder Jetting 100 μm
DMLS/SLM 30 - 50 μm

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Wann ist eine niedrigere Schichthöhe zu wählen?

Bevor Sie eine Schichthöhe auswählen, sollten Sie sich die folgende Frage überlegen:

Kurven und Winkel

Der Einfluss der Schichthöhe ist bei Kurven und Winkeln stärker ausgeprägt und bei geraden vertikalen Wänden aufgrund der schichtweisen Natur des 3D-Drucks weniger ausgeprägt.

Um zum Beispiel ein Loch entlang einer horizontalen Achse zu drucken, muss die Druckersoftware das kreisförmige Loch in mehrere Schichten schneiden und diese dann übereinander stapeln, wodurch eine nicht glatte Kante entsteht, die wie eine Treppe aussieht. Dies wird als Tritt-Effekt bezeichnet und tritt bei stärker gekrümmten Flächen stärker hervor.

Wenn ein Entwurf eine signifikante Anzahl von Kurven, Winkeln oder Löchern enthält, führt die Verwendung einer geringeren Schichthöhe zu einem genaueren Teil.

Der Treppeneffekt tritt in Bereichen mit größerer Krümmung stärker in Erscheinung.
Optisches Erscheinungsbild oder Funktionalität?

Die Schichthöhe wirkt sich auf die vertikale Auflösung des Teils aus und beeinflusst seine Glätte.

Wenn das visuelle Erscheinungsbild im Vordergrund steht, ist die Wahl einer niedrigeren Schichthöhe ideal, da sie zu einer glatteren Oberfläche führt.

Andererseits wird beim 3D-Druck eines Funktionsteils die Verwendung einer höheren Schichthöhe bevorzugt, da dies zu Zeit- und Kosteneinsparungen und einer verbesserten mechanischen Leistung führt. Z.B. haben FDM-Teile, die in PLA mit einer Schichthöhe von 300 μm gedruckt werden, eine etwa 20% höhere Festigkeit als Teile, die mit 100 μm gedruckt werden.

Schema des schichtweisen Aufbaus eines 3D-Druckteils
Nachbearbeitung

Bei der Entscheidung über eine Schichthöhe ist es auch wichtig zu berücksichtigen, ob die Teile nachbearbeitet werden. Eine höhere Schichthöhe kann eine bessere Wahl sein, wenn das Teil geschliffen, mit Aceton geglättet oder lackiert werden soll.

Eine Übersicht über die verfügbaren Postprocessing-Methoden für FDM, SLS und SLA finden Sie in einem späteren Artikel der Knowledge Base.

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