Medien im FDM-3D-Druck

Einführung

Beim 3D-Druck werden Teile schichtweise aufgebaut, und jede dieser Schichten benötigt eine Basis, auf der sie stehen kann. Je nach der verwendeten 3D-Drucktechnologie und der Komplexität des Modells müssen eventuell Stützstrukturen verwendet werden.

Die Verwendung von Stützstrukturen ist bei der Wahl der 3D-Drucktechnologie von entscheidender Bedeutung. Diese Stützstrukturen haben einen direkten Einfluss auf das Endergebnis, insbesondere auf die Oberflächenbeschaffenheit. Das Entfernen der Stützstrukturen während der Nachbearbeitung kann nämlich Unregelmäßigkeiten oder Rauheit auf der Oberfläche des gedruckten Teils hinterlassen.

In diesem Artikel werden wir untersuchen, was Stützstrukturen sind, wie sie in verschiedenen 3D-Drucktechnologien eingesetzt werden und wie ihre Verwendung Designentscheidungen beeinflussen kann.

Medien im FDM-Druck

Fused Deposition Modeling B eim FDM-Druck wird ein geschmolzenes Filament nach einem vorgegebenen Pfad auf eine Druckoberfläche extrudiert. Nach dem Extrudieren kühlt das Material ab und bildet eine feste Oberfläche, die als Basis für die nächste Materialschicht dient. Dieser Prozess wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das Objekt vollständig ist.

Wann ist beim FDM-Druck eine Unterstützung erforderlich?

Beim FDM-Druck wird jede Schicht als ein Satz erhitzter Filamente gedruckt, die an den darunter liegenden und umgebenden Filamenten haften. Jedes Filament ist gegenüber der vorherigen Schicht leicht versetzt, so dass Modelle mit Winkeln von bis zu 45° gebaut werden können. Dadurch können die Drucke über die Breite der vorherigen Schicht hinausgehen.

Wenn jedoch ein Teil des Musters um mehr als 45° übersteht, neigt das Material dazu, zusammenzubrechen. In solchen Fällen muss unterhalb des Überhangs Stützmaterial hinzugefügt werden, um ihn angemessen zu stützen. Weitere Informationen über Überhänge und den FDM-Druck finden Sie hier.

Die Prüfung der Verwendung und Entfernung von Stützstrukturen ist entscheidend für die Verbesserung der Qualität und die Optimierung der 3D-Druckkosten.

Je nach Ausmaß des Überhangs kann beim FDM-Druck eine Unterstützung erforderlich sein.

Abbildung: Beispiel eines unteren und oberen 45°-Überhangs. ©3DHUBS

Stützen im FDM-Druck: Überbrückung vs. Unterstützung

Fused Deposition ModelingB eim 3D-Druck mit der FDM-Technologie ( ) kann der Grad des Überhangs eines Modells den Bedarf an zusätzlichen Stützen bestimmen.

Es gibt jedoch eine Technik, die als Überbrückung bezeichnet wird und in manchen Situationen den Bedarf an Stützen verringern kann.

Überbrückung

Bei der Überbrückung handelt es sich um eine Technik, die es ermöglicht, Material über kurze Entfernungen zwischen zwei Punkten zu drucken, ohne dass Stützen verwendet werden müssen. Bei diesem Verfahren wird das gegossene Material horizontal gestreckt und gekühlt, während es sich zwischen zwei Stützpunkten befindet. Diese Technik eignet sich für relativ kurze Abstände, in der Regel bis zu etwa 5 mm. Wenn die Brücke diese Länge überschreitet, kann sich das Material verziehen oder durchbiegen, so dass der Einsatz von Stützen erforderlich wird, um eine glatte und präzise Oberfläche zu erzielen.

Das ABC (oder YHT) der FDM-Unterstützung

Um besser zu verstehen, wie und wann Stützen verwendet werden sollten, können wir einige repräsentative 3D-Modelle betrachten, wobei Y, H und T als praktische Beispiele dienen.

• Buchstabe Y: Das Y-förmige Modell ist ein Beispiel für ein Design, das ohne zusätzliche Stützen gedruckt werden kann. Die Arme des Buchstabens Y, die in einem Winkel von 45 Grad oder weniger verlaufen, benötigen keine Stütze, da sie ausreichend geneigt sind, damit das Material gut haften kann, ohne sich zu verformen.

• Buchstabe H: Das H-förmige Modell weist eine etwas komplexere Konfiguration auf. Der horizontale Mittelsteg des H kann nur dann ohne Unterstützung gedruckt werden, wenn seine Länge weniger als 5 mm beträgt. Wenn der Mittelsteg diese Länge überschreitet, neigt das Material zum Durchhängen oder Verformen, so dass zusätzliche Stützen erforderlich sind, um die Stabilität zu erhalten und eine hochwertige Oberfläche zu erzielen.

• Buchstabe T: Die Form des Buchstabens T erfordert Stützen für seine horizontalen Arme. Ohne Stützen hätte das Material, aus dem die horizontalen Arme bestehen, keinen Halt und würde nachgeben, was zu einer schlechten Druckqualität führen würde. Die Stützen sind notwendig, um zu verhindern, dass das Material herunterfällt, und um sicherzustellen, dass die Arme des T korrekt gedruckt werden.

Abbildung: YHT mit dem hellgrau dargestellten Stützmaterial. ©3DHUBS

Die Entscheidung, ob beim FDM-Druck Stützen verwendet werden sollen, hängt von der Geometrie des Modells und den spezifischen Druckanforderungen ab. Bei kurzen Distanzen ist die Überbrückung eine nützliche Technik, aber bei komplexeren Strukturen oder erheblichen Vorsprüngen sind Stützen unerlässlich, um hochwertige Ergebnisse zu erzielen.

Wenn Sie wissen, wie und wann Sie Stützen einsetzen, können Sie den Druckprozess optimieren, die Qualität des fertigen Teils verbessern und möglicherweise die mit dem 3D-Druck verbundenen Kosten senken.

Wie YHT nach dem Druck aussieht

Um besser zu verstehen, wie sich die Verwendung oder Nichtverwendung von Medien beim FDM-3D-Druck auswirkt , sehen wir uns an, wie Y-, H- und T-Modelle gedruckt aussehen.

In der Abbildung unten sehen Sie das Ergebnis des Drucks des Buchstabens T ohne die Verwendung von Trägern. Wie Sie sehen können, weist die Oberfläche erhebliche Fehler auf, da das Material unter dem Gewicht der horizontalen Arme zusammenbricht und sich verformt. Dieser Defekt erfordert einen erheblichen Nachbearbeitungsaufwand, um die Mängel zu beseitigen und eine glatte, saubere Oberfläche zu erzielen.

Abbildung: Der Buchstabe T versagt beim Druck mit FDM ohne Stützstruktur. ©3DHUBS

Das sichtbare Scheitern beim Druck des T unterstreicht die Bedeutung der Verwendung von Stützen für Modelle mit Vorsprüngen oder komplexen Strukturen. Ohne geeignete Stützen neigt das Material zum Durchhängen, was die endgültige Qualität des gedruckten Teils beeinträchtigt. Die Verwendung der richtigen Stützen kann solche Probleme verhindern und den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Nachbearbeitung reduzieren.

Abbildung: Y, H und T gedruckt mit FDM mit Medien. ©3DHUBS

Der Nachteil der Verwendung von Medien beim FDM-Druck

Die Verwendung von Medien beim FDM-Druck hat einige Nachteile, die es zu beachten gilt:

• Nachbearbeitungerforderlich: Einer der problematischsten Aspekte von Medien ist, dass immer eine Nachbearbeitung erforderlich ist. Nach dem Druck kann die Oberfläche des Modells, die mit dem Material in Berührung gekommen ist, sichtbare Spuren oder Schäden aufweisen. Dies erfordert zusätzliche Arbeit, um die Oberfläche zu glätten und zu reinigen, was das Endergebnis beeinträchtigt.

• Schlechtere Schichtqualität: Schichten, die direkt auf das Substrat gedruckt werden, können weniger perfekt sein als Schichten, die auf eine feste Oberfläche gedruckt werden. Da das Substrat nicht so stabil ist wie das darunter liegende Material, kann es zu Unregelmäßigkeiten und einem weniger gleichmäßigen Oberflächenfinish kommen.

• Schwierige Entfernung: Das Entfernen von Trägermaterial von kleinen, komplexen Merkmalen kann besonders schwierig sein. Bei der Entfernung von Trägermaterial in diesen Bereichen besteht die Gefahr, dass das Modell beschädigt wird, vor allem, wenn nicht sorgfältig gearbeitet wird.

• Zusätzliche Kosten: Die Verwendung von Medien erfordert zusätzliches Druckmaterial, was zusätzliche Kosten verursacht. Darüber hinaus erfordert die Entfernung von Trägermaterial zusätzliche Arbeit seitens des 3D-Druckdienstleisters, was die Gesamtkosten des Projekts weiter erhöht.

Abbildung: Der St. Louis Gateway Arch zeigt das perfekte Beispiel für die Verwendung von Stützen bei einem bogenförmigen Objekt. ©3DHUBS

Wie viel Unterstützung ist für meinen FDM-3D-Druck erforderlich?

Der Umfang der benötigten Unterstützung hängt von den Besonderheiten des Modells und seiner Geometrie ab. Betrachten Sie zum Beispiel die Architektur eines Teils, das nur eine begrenzte Menge an Unterstützung benötigt, die strategisch an der richtigen Stelle platziert wird. Diese geringe Stützung ermöglicht einen präzisen Druck und minimiert gleichzeitig die mit der Nachbearbeitung verbundenen Probleme und zusätzlichen Kosten.

Eine sorgfältige Analyse und Planung des Medieneinsatzes kann dazu beitragen, bessere und effizientere Ergebnisse im 3D-Druck zu erzielen und gleichzeitig die damit verbundenen Qualitäts- und Kostenprobleme zu minimieren.

Der 'Ball in a Cube' ist beispielsweise ein Bauteil, das eine große Menge an Medien erfordert.

Abbildung: Nahaufnahme des "Ball in a Cube"-Drucks mit Stützstruktur. ©3DHUBS

Die Entfernung des Trägers: eine komplexe Herausforderung

Im vorliegenden Beispiel ist die Entfernung der Stütze ein besonders komplexer Vorgang. Jedes Stützelement muss mit einer Spitzzange präzise herausgezogen werden, wobei versucht werden muss, die umliegenden Oberflächen so wenig wie möglich zu beschädigen. Dieser Schritt erfordert große Sorgfalt, um die Qualität des endgültigen Modells nicht zu beeinträchtigen.

Außerdem kann das Abschleifen und Reinigen der Oberfläche nach dem Entfernen der Stütze sehr schwierig sein. Oberflächen, die mit Substraten in Berührung kommen, können Anzeichen von Unebenheiten und Unvollkommenheiten aufweisen, die eine sorgfältige Ausbesserung erfordern. Dieser Prozess ist nicht nur mühsam, sondern kann auch spezielle Ausrüstung und zusätzliche Zeit erfordern.

Abbildung: Ergebnis nach der Medienentfernung. ©3DHUBS

Notwendigkeit von Trägermaterial

Trotz der zusätzlichen Kosten und der zusätzlichen Druckzeit ist Stützmaterial in vielen Fällen für hochwertige Ergebnisse unerlässlich.

Ohne Stützmaterial kann das Modell möglicherweise nicht mit FDM gedruckt werden, ohne dass die Qualität und Genauigkeit ernsthaft beeinträchtigt wird. Das Stützmaterial ist unerlässlich, um hervorstehende und komplexe Teile des Modells während des Drucks zu stützen und sicherzustellen, dass die Struktur intakt bleibt und den Designvorgaben entspricht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung von Trägermaterialien zwar zusätzliche Herausforderungen und Kosten mit sich bringt, dass sie aber oft entscheidend für den Erfolg des 3D-Druckprojekts sind. Eine sorgfältige Planung und ein effektives Management der Nachbearbeitungsphase können dazu beitragen, Probleme zu minimieren und ein hochwertiges Endergebnis zu erzielen.

Zwei Arten der Unterstützung beim FDM-3D-Druck

Beim FDM-3D-Druck gibt es zwei Hauptmethoden zur Erstellung von Trägermaterialien, die jeweils ihre eigenen Merkmale und Vorteile haben:

• Gitter- oder Akkordeonträger: Diese Art von Träger ähnelt einer Gitter- oder flachen Akkordeonstruktur. Es ist die am häufigsten verwendete Methode im FDM-Druck. Sie bietet eine gleichmäßige und breite Auflage, ideal für die meisten Drucke. Diese Art der Unterstützung ist effektiv bei der Unterstützung großer Flächen und Vorsprünge, kann aber Spuren auf der Oberfläche des Modells hinterlassen, die durch Nachbearbeitung entfernt werden müssen.

• Baum"-Halterung: Die "Baum"-Halterung zeichnet sich durch eine baumartige Struktur mit dünnen Ästen aus, die sich in Richtung des Modells erstrecken. Obwohl diese Methode weniger verbreitet ist, wird sie von einigen FDM-Druckern bevorzugt, da sie weniger Kontakt mit der Oberfläche des Modells hat. Dies kann zu einer besseren Oberflächenbeschaffenheit führen, die Abdrücke des Materials verringern und die Nachbearbeitung vereinfachen.

Abbildung: Beispiel für einen Gitterträger auf der linken Seite, Schachtträger auf der rechten Seite. ©3DHUBS

Die Wahl des richtigen Stützentyps hängt von den spezifischen Anforderungen des Projekts und den Eigenschaften des Modells ab. Gitterstützen sind im Allgemeinen vielseitiger und für eine Vielzahl von Drucken geeignet, während Baumstützen erhebliche Vorteile in Bezug auf die Oberflächengüte und den geringeren Kontakt mit dem Modell bieten. Die Kenntnis dieser Optionen hilft Ihnen, fundierte Entscheidungen zu treffen, um die besten Ergebnisse beim 3D-Druck zu erzielen.

Lösliche Unterstützung

Bei 3D-Druckern, die mit zwei Druckköpfen ausgestattet sind, können lösliche Trägermaterialien verwendet werden. Diese Träger bestehen aus einem Material, das in einer chemischen Lösung aufgelöst werden kann, ohne das Hauptmaterial des Modells zu beschädigen.

• Vorteile: Die Verwendung von löslichen Materialien wie PVA (Polyvinylalkohol) ermöglicht eine hochwertige Oberflächenbearbeitung, da die Unterlage vollständig entfernt wird, ohne Rückstände oder Spuren auf dem Modell zu hinterlassen. Diese Art der Unterlage ist besonders für Modelle mit komplexer Geometrie oder feinen Details geeignet.

• Beispiel: Ein Beispiel für einen Drucker, der lösliches Trägermaterial verwendet, ist der Ultimaker, bei dem PVA als Trägermaterial eingesetzt wird. Dieses Material löst sich nach dem Druck leicht auf und bietet eine saubere, gut definierte Oberfläche.

• Überlegungen: Obwohl die Verwendung von löslichen Trägermaterialien erhebliche Vorteile in Bezug auf die Oberflächenbeschaffenheit bietet, kann es sich um eine teure und zeitaufwändige Lösung handeln. Die vollständige Löslichkeit des Substrats erfordert einen zusätzlichen Schritt der chemischen Behandlung, der den Produktionsprozess verlängern kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl des Substrattyps von den spezifischen Anforderungen des Projekts und den Möglichkeiten des verwendeten 3D-Druckers abhängt. Lösliche Lösungen sind zwar teurer, können aber die Qualität des endgültigen Modells erheblich verbessern, während Ziehharmonika- und Schaftträger billigere Alternativen mit unterschiedlichem Grad an Oberflächengüte bieten.

Abschließende Überlegungen

Die Verwendung von Stützen beim FDM-3D-Druck ist unerlässlich, um die Qualität und Genauigkeit des Modells zu gewährleisten, insbesondere wenn es sich um komplexe Geometrien und erhebliche Vorsprünge handelt. Während die Überbrückung von kurzen Distanzen den Bedarf an Stützen verringern kann, sind Stützen bei komplexeren Strukturen und Winkeln über 45 Grad unverzichtbar.

Obwohl Medien Herausforderungen wie Nachbearbeitung und zusätzliche Kosten mit sich bringen können, kann ihr strategischer Einsatz die Qualität des Enddrucks optimieren. Die Wahl zwischen Gitter-, Baum- oder auflösbaren Medien hängt von den spezifischen Anforderungen des Projekts und den Möglichkeiten des Druckers ab. Eine sorgfältige Planung und ein bewusster Einsatz von Medien kann das Endergebnis erheblich verbessern und Qualitätsprobleme und damit verbundene Kosten minimieren.

©3DHUBS