3D-Druck Grundlagen
Ist 3D-Druck stabil?
ca. 3 Min.
Ja, für die allermeisten Anwendungen. Ein richtig ausgelegtes Teil aus PETG oder faserverstärktem Polyamid trägt erstaunliche Lasten. Entscheidend ist nicht das Verfahren, sondern die Richtung: Quer zu den Schichten ist ein gedrucktes Teil deutlich schwächer als längs. Wer das bei der Ausrichtung berücksichtigt, bekommt ein belastbares Bauteil.
Die eine Eigenschaft, die alles erklärt
Ein gedrucktes Teil ist nicht in allen Richtungen gleich fest. Innerhalb einer Schicht sind die Bahnen miteinander verschmolzen und tragen fast so gut wie massives Material. Zwischen zwei Schichten liegt eine Klebefuge, und die hält weniger aus.
| längs der Schichten | quer dazu | |
|---|---|---|
| Anteil der Festigkeit | 100 % | 40 bis 70 % |
| Bruchverhalten | Material reisst | Schichten lösen sich |
| Vorwarnung | Verformung | oft plötzlich |
Deshalb steht am Anfang jeder Auslegung dieselbe Frage: Wo greift die Kraft an, und in welche Richtung wirkt sie. Ein Haken, der senkrecht stehend gedruckt wird, bricht an der Biegestelle. Derselbe Haken flach gedruckt hält ein Vielfaches, kostet aber unter Umständen Stützmaterial.
Die Ausrichtung ist kostenlos
Von allen Massnahmen zur Festigkeit ist die richtige Lage auf der Druckplatte die wirksamste und zugleich die einzige, die nichts kostet. Sie muss nur jemand vor dem Druck entscheiden.
Die Stellschrauben, absteigend nach Wirkung
Was die Festigkeit tatsächlich bewegt
- AusrichtungFaktor 2 und mehr
- sehr gross
- Anzahl Aussenwändewirkt stärker als Füllung
- gross
- Werkstoff
- gross
- Füllgradüber 40 % kaum noch Zuwachs
- mittel
- Schichthöhe
- gering
Die Füllung wird oft für wichtiger gehalten, als sie für die Festigkeit ist. Ein massiv gedrucktes Teil kostet ein Mehrfaches an Zeit und Material für wenige Prozent mehr Festigkeit. Zwei zusätzliche Aussenwände bringen für einen Bruchteil davon deutlich mehr, weil bei Biegung ohnehin die Randzone die Last trägt.
Was ein gedrucktes Teil aushält
Belastbarkeit ist keine Eigenschaft des Verfahrens, sondern des Bauteils. Ein gedruckter Haken aus faserverstärktem Polyamid trägt zweistellige Kilogramm, ein dünnwandiges PLA-Gehäuse zerbricht beim Herunterfallen. Beide sind gedruckt.
Belastbar sind gedruckte Teile besonders dort, wo die Last gleichmässig verteilt und die Richtung bekannt ist: Halterungen, Vorrichtungen, Gehäuse, Abdeckungen, Zahnräder mit mässiger Drehzahl, Klemmen und Adapter.
Wo der Druck an seine Grenze kommt
Dauerlast über lange Zeit. Kunststoffe kriechen: Unter dauerhafter Last verformen sie sich langsam und bleibend, besonders bei Wärme. Ein Regalträger aus Kunststoff hängt nach Jahren durch, auch wenn er anfangs trug.
Schwingende Belastung. Wechselnde Kräfte ermüden das Material an den Schichtgrenzen schneller als ein homogener Werkstoff.
Sicherheitsrelevante Bauteile. Wo ein Versagen Menschen gefährdet, ist der Druck ohne Nachweis das falsche Verfahren. Der Werkstoff allein löst das nicht.
Hohe Temperatur unter Last. Wärme und Kraft gleichzeitig sind für jeden Kunststoff die härteste Kombination.
Wenn es wirklich tragen muss
Dann führt der Weg über den Werkstoff: faserverstärktes Polyamid für Steifigkeit, Polycarbonat für Schlag und Temperatur. Beide verlangen mehr von der Maschine und kosten mehr, verschieben die Grenze aber deutlich.
Schichtrichtung und mechanische Belastung stehen ab der Halbtagesschulung auch auf dem Programm der Firmenschulung, zusammen mit dem Slicing, das darüber mitentscheidet.
Und wenn auch das nicht reicht, sage ich es vor dem Angebot: Ein Bauteil, das im Einsatz versagt, kostet mehr als der Hinweis, dass ein anderes Verfahren besser passt. Die Kennwerte aller Werkstoffe stehen auf Materialien.
