Grundlagen des 3D Drucks und des FDM (Fused Deposition Modeling) Verfahrens
Der 3D Druck wird auch als Additive Fertigung bezeichnet. Diese Fertigungsmethode bezeichnet das Aufbauen von Material zu einem Volumenkörper der gewünschten Form. Im FDM Verfahren wird ein thermoplastischer Kunststoff in Filamentform durch eine beheizte Düse gepresst. Durch eine komplexe Steuerung wird auf einer beheizten Druckfläche eine Struktur erzeugt und zwar Schicht für Schicht. Es wird also nur dort Material aufgebracht wo es benötigt wird was dieses Verfahren sehr schnell, günstig und ressourcenschonend macht. Selbst Hohlräume, innere Strukturen und komplexe Formen sind kein Problem bei dieser Form der Fertigung.
Gewicht, Form, Stabilität und Steifigkeit lassen sich so an ihre Anforderungen anpassen. Die passende Materialauswahl bestimmt natürlich auch maßgeblich das Ergebnis. Unter dem Punkt „Materialmöglichkeiten“ gehen wir darauf genauer ein.
Die eingestellt Schichthöhe bei der Fertigung ist ein entscheidender Faktor der Herstellung des Bauteils. Sie bestimmt maßgeblich die Druckzeit, die Auflösung und die Oberflächengüte. Je kleiner die Schichthöhe ist, umso besser wird die Auflösung und Oberflächengüte aber die Druckzeit verlängert sich. Bei einer großen Schichthöhe ist es genau umgekehrt. Hier muss, je nach Anforderung, die optimale Einstellung gefunden werden um Zeit- und Kosteneffizient zu arbeiten.
Verfahrensbedingt lassen sich nur Schichthöhen von 0,05mm bis 0,3mm auf unseren Maschinen realisieren. Schichthöhen unter 0,1mm machen in der Praxis meistens wenig Sinn. Die notwendige Druckzeit steht in keinem Verhältnis zur Auflösung und Oberflächengüte. Selbst bei 0,2mm wird noch eine ganz gute Oberfläche erzeugt. Alles darüber erzeugt eine gröbere Auflösung und Oberfläche aber es senkt die Druckzeit beträchtlich. Wir beraten sie gerne damit ihr Produkt bestmöglich hergestellt wird.
Die Oberfläche erhält durch das FDM Verfahren ihr typisches Aussehen. Dieses lässt sich leider nicht vermeiden sondern nur reduzieren mit den passenden Einstellungen. Jede weitere Verbessung der Oberflächengüte wird durch die passende Nacharbeit des gedruckten Bauteils erzeugt. Von der rohen Druckoberfläche bis zur lackierfähigen Oberfläche ist somit alles möglich.
Materialmöglichkeiten
Prinzipiell lassen sich alle thermoplastischen Kunststoffe drucken. Das richtige Material ist aber entscheidend damit ihr Bauteil später auch seinen Einsatzzweck erfüllen kann. Neben den gängigen Kunststoffen wie PLA, PETG und ABS bieten wir auch Verbundwerkstoffe an. Dabei werden dem Kunststoffen Fasern aus Carbon zugefügt um die mechanischen Eigenschaften zu erhöhen oder ihr Bauteil bei gleicher Festigkeit leichter zu gestalten. Da jeder Kunststoff seine Vor und Nachteile aufweist beraten wir sie gerne bei der Materialauswahl. Wichtige Kriterien sind Temperaturfestigkeit, Zugfestigkeit, Biegefestigkeit, Schlagzähigkeit, UV-Stabilität und natürlich der Materialpreis. Leider gibt es keinen Kunststoff der alle Punkte optimal erfüllen kann weshalb die Materialauswahl sehr wichtig ist.
Was für Kunststoffe gilt, gilt natürlich auch für Metalle. Diese werden passend zu ihren Anforderungen ausgesucht.
Toleranzen
Bedingt durch die Fertigung mit dem FDM Verfahren entstehen natürlich Ungenauigkeiten welche sich als Toleranzen bemerkbar machen. Die Additive Fertigung ansich ist kein hochpräzises Verfahren wie die sehr präzise CNC Bearbeitung. Außerdem gibt es nicht die „eine“ Toleranz sondern viele Toleranzen die sich addieren können. Die Umwandlung vom CAD Modell, Toleranzen des Druckers, Einstellungen, Temperaturausdehnung, Materialschrumpfung, Verzug und Bauteilgröße sind aber die größten Faktoren. Die kleinstmögliche Toleranz liegt bei 0,1mm. Aus der Praxis heraus wird diese aber nur unter optimalen Bedingungen erreicht. Realitätsnahe Toleranzen liegen bei etwa 0,2-0,3mm je nach Bauteilgröße und Materialauswahl. Die ISO 2768 Toleranz wird im allgemeinen eingehalten und unter optimalen Bedingungen sogar unterboten. Wenn feinere Toleranzen nötig sind dann müssen diese per Nacharbeit erzeugt werden.
