Fused Deposition Modeling (FDM)-Designleitfaden

Wenn Menschen an 3D-Druck denken, denken sie normalerweise an Fused Deposition Modeling (FDM). Diese Technologie hat sich aufgrund ihrer geringen Kosten durchgesetzt und ist auch im industriellen Maßstab beliebt.

FDM, auch bekannt als Fused Filament Fabrication (FFF), stellt Teile aus thermoplastischen Kunststoffen her. Das Kunststoffmaterial schmilzt in der Düse des Druckers. Dann wird das Material Schicht für Schicht extrudiert. Wenn die Schichten abkühlen und sich verfestigen, verschmelzen sie mit den vorhandenen Schichten. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis das Teil fertig ist.

Die FDM-Technologie ist beliebt, weil sie einfach zu bedienen und flexibel ist. Ein FDM-Desktop-Drucker der Einstiegsklasse kostet nur ein paar hundert Euro, und seine Verwendung ist nicht auf kosmetische Prototypen beschränkt. FDM-Drucker im industriellen Maßstab sind für anspruchsvolle Anwendungen mit Hochleistungsmaterialien geeignet. Diese Drucker machen das FDM-Verfahren ideal für Funktionsprototyping - unglaubliche visuelle und geometrische Bewertungen. Verschiedene FDM-Materialien, jedes mit einzigartigen Eigenschaften und Anwendungen, machen diese Technologie in verschiedenen Branchen wertvoll.

Die Verwendung geht über das Prototyping hinaus, da die Technologie und die Palette der Kunststoffmaterialien flexibel genug für Vorrichtungen und einige Endverbrauchsteile sind. FDM produziert Teile mit einem maximalen Bauvolumen von 36 Zoll in einem einzigen Bauvorgang, so dass es entscheidend ist, den Bauprozess bei der Konstruktion von Komponenten zu verstehen.

Dieser Leitfaden enthält Tipps und bewährte Verfahren für die Konstruktion von Teilen für die FDM-Technologie.

ährend des Entwurfsprozesses müssen Sie an die Unterstützung denken. Diese Stützstrukturen haben wichtige Funktionen:

• Abstützung von Teilen bei Überhang

• Befestigung und Verstärkung des Teils der Plattform

• Verhinderung von Verformungen

• Verhinderung eines kompletten Fehlschlags bei der Erstellung, der aus einer der oben genannten Situationen resultiert

Die Konstruktion der richtigen Halterungen ist von entscheidender Bedeutung. Hier sind einige weitere wichtige Überlegungen zum FDM.

• Die an der Düse extrudierte Schicht kann so gedruckt werden, dass sie etwas über die vorherige Schicht hinausragt. Aus diesem Grund können Sie Überhänge mit Winkeln bis zu 45 Grad und 5 mm drucken.

• Jeder Bereich des Teils mit einem Überhang von 45 Grad oder mehr oder mehr als 5 mm Länge erfordert eine Unterstützung. Stützstrukturen können die Form von Gittern haben oder baumartig sein. Die Stützen sollten 1,2 bis 1,5 mm dick sein.

Ein erfolgreiches Design eines Teils für die additive Fertigung ist nur möglich, wenn man die Druckausrichtung berücksichtigt. Die Qualität eines jeden Teils (z. B. Festigkeit, Materialeigenschaften, Oberflächenqualität, Umfang der Unterstützung usw.) hängt von der Druckausrichtung ab. Die meisten 3D-Druckverfahren führen zu anisotropen (richtungsabhängigen) mechanischen Eigenschaften der Teile. Beim FDM-Druck ist die erste Druckschicht entscheidend, da jede Druckschicht die Haftung und die Gesamtqualität des Drucks beeinflusst.

Aufgrund der interlaminaren Bindung zwischen den Schichten sind die mechanischen Eigenschaften in der Regel in Baurichtung (z-Höhe) schwächer. Wenn also die mechanischen Eigenschaften in einer bestimmten Richtung für Ihr Teil wichtig sind, muss das Teil so ausgerichtet werden, dass die Merkmale, die maximale Festigkeit erfordern, horizontal liegen.

Obwohl Stützmaterial für den Erfolg eines Entwurfs unerlässlich ist, sollte es auf das Notwendige beschränkt werden. Die Platzierung und die Menge des Stützmaterials beeinflussen Teilqualität und Nachbearbeitungskosten.

Die Ausrichtung kann sich auch auf die Oberflächenbeschaffenheit des Teils auswirken, insbesondere wenn das Teil abgerundete Merkmale aufweist. Die Nichtberücksichtigung der Ausrichtung kann den Treppeneffekt verursachen. Bei diesem Phänomen, das bei verschiedenen additiven Fertigungstechnologien auftritt, wird jede gedruckte Schicht sichtbar. Anstelle der erwarteten glatten Oberfläche ähnelt die beschädigte Oberfläche einer Treppe. Nach oben weisende Oberflächen weisen in der Regel eine bessere Oberflächenqualität auf als zur Seite weisende Oberflächen.

Vergessen Sie nicht, die Ausrichtung zu berücksichtigen, da der Treppeneffekt vom Düsendurchmesser und der Schichthöhe abhängt. Mit der FDM-Technologie hergestellte Teile weisen in der Regel sichtbare Schichtlinien auf, insbesondere auf gekrümmten Oberflächen. Ihre Sichtbarkeit kann durch die Verwendung kleinerer Schichthöhen minimiert werden, auch wenn sich dies auf die Gesamtdruckgeschwindigkeit auswirken kann.

Alle Ecken filetieren. Bei der Konstruktion eines Teils ist es allgemein üblich, alle scharfen Kanten zu verrunden, es sei denn, die Konstruktion erfordert etwas anderes. Das Abrunden von Innenecken verringert Spannungskonzentrationen, die die Gesamtfestigkeit des Objekts beeinträchtigen könnten. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass für abgerundete Ecken weniger Material benötigt wird, was bedeutet, dass Sie etwas Geld sparen können. Als Faustregel gilt, dass die Verrundung ¼ der Wandstärke von Rippen oder Stiften betragen sollte.

Halten Sie die Wandstärke konstant. Die Konstruktion eines Teils, das von dünnen Strukturen zu massiven Blöcken übergeht, erzeugt zusätzliche Spannungen und erhöht das Risiko von Verzug und Biegung. Wenn es nicht möglich ist, die Wanddicke konstant zu halten, sollten größere Übergänge von dünnen zu dicken Wänden nach Möglichkeit vermieden werden. Bei vertikalen Wänden ist die Beibehaltung einer ausreichenden Wanddicke entscheidend, um Verzug und Sprödigkeit zu vermeiden, und es können Abstützungen erforderlich sein, um die strukturelle Integrität zu erhalten.

Löcher drucken

Es ist am besten, Löcher vertikal mit ihrer Achse zu drucken, wenn ihre Rundheit für das Teil entscheidend ist. Bei horizontal gedruckten Löchern tritt der Treppeneffekt auf und sie werden leicht elliptisch. Löcher bis zu einem Durchmesser von 8 mm können ohne zusätzliche Stützen horizontal gedruckt werden. Größere Löcher benötigen Stützen, wobei dieser Durchmesser je nach Maschine und Material variiert.

Befolgen Sie diese Richtlinien je nach der Form des Lochs.

• Bei elliptischen Löchern sollte die Höhe der Ellipse das Doppelte der Breite betragen. Die Löcher können bis zu etwa 25 mm hoch sein.

• Tropfenförmige Löcher können fast jeden Durchmesser haben, wenn der obere Winkel nicht kleiner ist als der Mindeststützwinkel (45°).

• Rautenförmige Löcher können fast jede Größe haben, aber es ist am besten, die Ecken zu verrunden, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden.

Kurz gesagt, jeder gute FDM-Entwurf enthält diese Elemente:

1. Das geringste erforderliche Volumen, das die Druckzeit und die Materialkosten reduziert

2. Die geringstmögliche Bauhöhe unter Berücksichtigung der Ausrichtung

3. Geringstmöglicher Bedarf an Stützstrukturen

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