3D-Druck Grundlagen
Wie funktioniert 3D-Druck?
ca. 3 Min.
Eine Düse schmilzt Kunststoffdraht und legt ihn in dünnen Bahnen auf eine Platte. Ist eine Lage fertig, senkt sich die Platte um Bruchteile eines Millimeters, und die nächste Lage entsteht darauf. So wächst das Bauteil von unten nach oben. Dieses Verfahren heisst FDM und ist das verbreitetste.
Der Weg vom Modell zur Maschine
Vier Stufen
3D-Modell
Ein Volumenmodell aus dem CAD, ein Scan oder eine fertige Datei. Der Drucker braucht ein geschlossenes Volumen, keine Zeichnung.
Zerlegen in Schichten
Eine Software, der Slicer, schneidet das Modell in waagerechte Scheiben und berechnet für jede den Weg der Düse.
Drucken
Die Maschine fährt diese Wege ab. Bei 0.2 mm Schichthöhe sind das für ein handgrosses Teil einige hundert Lagen.
Nachbearbeiten
Stützen entfernen, Kanten brechen, bei Bedarf schleifen, glätten oder verkleben.
Die zweite Stufe hat mehr Einfluss, als man ihr von aussen ansieht. Der Slicer entscheidet über Wandstärken, Füllgrad, Stützkonstruktion und die Reihenfolge der Bahnen, und damit über Festigkeit, Druckzeit und Aussehen. Dieselbe Datei kann je nach Einstellung ein brauchbares oder ein unbrauchbares Teil ergeben.
Warum die Ausrichtung über die Festigkeit entscheidet
Ein gedrucktes Teil ist kein homogener Block. Innerhalb einer Schicht sind die Bahnen fest miteinander verschmolzen, zwischen zwei Schichten ist die Bindung schwächer. Belastung längs der Schichten hält das Teil gut aus, Belastung quer dazu deutlich schlechter.
Deshalb beginnt die Auftragsvorbereitung meist nicht beim Material, sondern bei der Kraft: Wo greift sie an, in welche Richtung wirkt sie. Daraus folgt die Lage auf der Druckplatte, und aus der Lage folgt der Rest.
Ein Bauteil hat eine Vorzugsrichtung
Dasselbe Teil kann je nach Ausrichtung auf der Platte um ein Mehrfaches belastbarer sein. Das kostet nichts, es muss nur jemand vor dem Druck entscheiden.
Was die Maschine leisten kann
Grössenordnungen im FDM-Verfahren
- Schichthöhefein bis schnell
- 0.10 bis 0.32 mm
- Masshaltigkeitauf 100 mm Kantenlänge
- ± 0.2 mm
- Wandstärke, sinnvolles Minimum
- ca. 1.2 mm
- Überhang ohne Stütze
- bis ca. 45°
- Füllgrad Funktionsteil
- 15 bis 25 %
Die Schichthöhe ist der wichtigste Kompromiss. Fein bedeutet glatte Flanken und lange Druckzeit, grob bedeutet sichtbare Stufen und ein Bruchteil der Zeit. Für die meisten Funktionsteile liegt der vernünftige Wert in der Mitte.
Was der Druck nicht kann
Er ist kein Ersatz für jedes Verfahren. Schwebende Bereiche brauchen eine Stützkonstruktion, die anschliessend entfernt wird und Spuren hinterlässt. Sehr feine Details unterhalb des Düsendurchmessers gehen verloren. Und Oberflächen erreichen ohne Nacharbeit in der Regel nicht die Glätte gespritzter Teile.
Wo genau die Grenze verläuft, hängt an Maschine und Werkstoff. Die Maschinentabelle mit Bauräumen und erreichbaren Toleranzen steht auf Technologie, die Werkstoffe mit ihren Kennwerten auf Materialien.
Wer das lieber einmal an der Maschine sieht, statt es nachzulesen: Der Einsteigerkurs dauert eineinhalb Stunden, und das selbst konstruierte Teil geht am Ende mit nach Hause.
