In den bisherigen Kapiteln haben wir die grundlegenden Anforderungen an die Konstruktion für die additive Fertigung diskutiert und Strategien zur Optimierung von Funktionalitäten und Oberflächen bei additiv gefertigten Bauteilen vorgestellt. In Kapitel 6 fokussieren wir uns darauf, wie die Genauigkeit von Bauteilen im Rahmen des Design für Multi Jet Fusion (DfMJF) verbessert werden kann.
Kapitel 6: Optimierung der Genauigkeit
6.1 Toleranzen
Toleranzen im 3D-Druck bezeichnen die potenziellen Abweichungen zwischen den Maßen des gedruckten Bauteils und den Spezifikationen des 3D-Modells. Im Allgemeinen betragen die Toleranzen für das Multi Jet Fusion-Verfahren ± 0,3 %, wobei eine Mindestgrenze von 0,3 mm besteht. Diese Ungenauigkeiten lassen sich auf verschiedene Faktoren zurückführen:
- Thermoplastische Umformung: Aufgrund der Verwendung von Hitze und thermoplastischen Materialien (wie PA 12 und TPU) im Multi Jet Fusion-Verfahren können während des Abkühlprozesses Verzerrungen und Schrumpfungen auftreten.
- Orientierung im Bauraum: Die Genauigkeit auf den X/Y-Achsen ist generell höher als auf der Z-Achse. Eine wohlüberlegte Orientierung des Bauteils im Bauraum kann daher zur Verbesserung der Gesamtgenauigkeit beitragen.
- Nachbearbeitung: Nach dem Druckvorgang müssen die Bauteile einer Nachbearbeitung unterzogen werden. Während dieser Phase, die das Strahlen der Teile beinhaltet, können dimensionale Ungenauigkeiten entstehen.
- Fertigungsbedingte Ungenauigkeiten: Trotz der zunehmenden Präzision additiver Fertigungsverfahren bleiben gewisse verfahrensbedingte Ungenauigkeiten bestehen.
- Umwandlung von Dateiformaten: Der Umwandlungsprozess der 3D-Modelle in die benötigten, verbundenen Dreiecke (Tesselierung) kann ebenfalls (wenn auch geringfügige) Ungenauigkeiten hervorrufen. Auch eine unzureichende Auflösung, d.h. eine zu geringe Anzahl an Dreiecken, kann zu Ungenauigkeiten führen, wobei dieser Effekt in der Regel eher gering ist.
6.2 Mindestmaße für Bauteile und einzelne Elemente
Bei Multi Jet Fusion handelt es sich um ein additives Fertigungsverfahren, auf Grundlage von thermoplastischen Prozessen. Die im Abschnitt 6.1 Toleranzen genannten Gegebenheiten beeinflussen die Genauigkeit der produzierten Bauteile. Durch das Beachten der folgenden Mindestgrößen für Elemente von Bauteilen verringert sich das Risiko von dimensionalen Abweichungen an den Bauteilen. Bei Unterschreitung der Mindestgrößen erhöht sich das Risiko, dass Elemente abbrechen oder nicht korrekt dargestellt werden stark.
- Mindest-Lochdurchmesser bei Wandstärke 1 mm: 0,5 mm
- Mindest-Schaftdurchmesser bei 10 mm Höhe: 0,5 mm
- Kleinste druckbare Größe einer Gravur oder Prägung: 6 pt
- Mindestspalt zwischen 2 Wänden: 0,5 mm
- Mindesthöhe bzw. -tiefe (Z-Achse) einer Gravur/Prägung: 0,5 mm
6.3 Bauteilorientierung
Die Genauigkeit beim Multi Jet Fusion-Verfahren kann erheblich durch die Lage und Orientierung des Bauteils im Bauraum beeinflusst werden.
- Orientierung: Aufgrund des Schichtaufbaus ist die Z-Achse die ungenaueste, da die Schichtdicke variieren kann. Die Y-Achse ist die genaueste, da Elemente auf dieser Achse nicht von der Linearachse (in X-Richtung) abhängig sind. Die X-Achse ist nur geringfügig ungenauer und Unterschiede werden im Allgemeinen nur bei sehr großen Bauteilen geringfügig bemerkbar.
- Lage im Bauraum: Die Position eines Bauteils im Bauraum kann auch das Endergebnis beeinflussen. Dies ist besonders relevant für Bauteile, die anfällig für Verzug sind. Diese können nur in bestimmten Bereichen des 3D-Druckers in hoher Qualität produziert werden. In unserer qualitätsoptimierten Fertigungsweise positionieren wir aktiv solche Bauteile ausschließlich in diesen Bereichen. Dies kann jedoch zu längeren Produktionszeiten führen, da wir dadurch weniger Bauteile pro Druckvorgang produzieren können.
Mehr Informationen: Auswirkungen der Bauteilorientierung auf das 3D-Druckergebnis
6.4 Allgemeine Hinweise
- Elemente mit kritischen Abmessungen sollten in einer Ebene angebracht werden.
- Kritische Abstände bzw. Maße (z.B. Lochabstände) sollten idealerweise in X oder noch besser Y-Richtung orientiert sein.
- Vermeiden Sie den Wechsel von filigranen und massiven Elementen, da durch die ungleichmäßige Abkühlung unerwünschte Schrumpfungseffekte auftreten können.
