🎭 🌨️ 🆔 3D-Druck: Schnelle Tipps zum Wechseln von einem CAD-Modell zu einem gedruckten Objekt 👨🏿‍🚀 🔭 👨🏼‍⚖️

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Die Grundlage des dreidimensionalen Druckprozesses - sei es nur ein Hobby oder eine Einnahmequelle - ist immer das Design des Produkts. Diejenigen, die an traditionelle Technologien gewöhnt sind, müssen ihren gesamten Ansatz für Produktdesign und -herstellung neu strukturieren.

Wenn das Projekt fertig ist, werden eine Reihe zusätzlicher Vorgänge ausgeführt: Festlegen der Ausrichtung des Modells und anderer Parameter, die die ordnungsgemäße Ausführung des Druckvorgangs gewährleisten. Darüber hinaus muss berücksichtigt werden, dass Sie bei den meisten 3D-Druckern den Füllgrad des Modells mit Netzstrukturen auswählen können. Die richtige Wahl dieses Parameters bietet Schutz des Objekts vor Verformung und Zerstörung während des Druckvorgangs sowie erhebliche Materialeinsparungen und kürzere Herstellungszeiten.

Der letzte Faktor, der den Erfolg oder Misserfolg des 3D-Druckprozesses beeinflusst, ist die Stärke der Verbindung zwischen dem Modell und der Tabelle. Wenn das Werkstück während des Druckvorgangs vom Tisch getrennt wird, wird die gesamte Arbeit in den Abfluss geleitet.

Hier werden wir über 3D-Druckprozesse sprechen und einige einfache Empfehlungen zur Nutzung der Funktionen der additiven Fertigung in der Entwurfsphase geben. Darüber hinaus beschäftigen wir uns mit den Methoden zur Vorbereitung des fertigen Projekts für den Druck und überlegen, wie das Werkstück sicher am Tisch befestigt werden kann.

Diese Empfehlungen gelten hauptsächlich für Drucker, die die Fused Deposition-Technologie (FDM) verwenden, können jedoch bei der Arbeit mit anderen Druckertypen hilfreich sein. Der Prozess des Erhaltens des fertigen Teils durch 3D-Druck ist unabhängig von der verwendeten Methode grundsätzlich der gleiche.

Wir entwerfen ein Objekt

Jeder 3D-Druck beginnt mit dem Design. Wenn Sie ein Produkt selbst entwickeln, müssen Sie sein 3D-Modell in einem CAD-System (Computer Aided Design) erstellen, um die Vision des Designers Wirklichkeit werden zu lassen. Darüber hinaus kann ein Objekt entweder sehr einfach oder sehr komplex sein. Modelle, die zu dünn und zu klein sind, sollten jedoch vermieden werden.

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Speichern Sie die Datei in einem speziellen Format zum Drucken

Um ein Objekt zu drucken, muss sein Modell in einer Datei eines speziellen Formats gespeichert werden - beispielsweise STL, das in der Welt des dreidimensionalen Drucks zum De-facto-Standard geworden ist. In diesem Format werden die Oberflächen des Modells als Dreiecksgitter dargestellt. Einfache Flächen brechen in eine kleine Anzahl von Dreiecken. Je komplexer die Oberfläche ist, desto mehr Dreiecke werden benötigt. Heutzutage werden im 3D-Druck auch andere Formate verwendet, insbesondere das von Microsoft entwickelte 3MF-Format. Am häufigsten ist jedoch STL.

CAD-Systeme machen es sehr einfach, das Modell im gewünschten Format zu speichern: Führen Sie einfach den Befehl Speichern unter aus. Um die Druckqualität zu verbessern, ist es ratsam, eine Reihe von Speichereinstellungen im STL-Format festzulegen, z. B. Konvertierungstoleranz und Ebenenwinkel. Je niedriger der Umrechnungskoeffizient und je besser der Winkel ist, desto glatter wird das gedruckte Teil.

Öffnen Sie die Datei im Slicer

Die meisten, wenn nicht alle 3D-Drucker werden mit einer eigenen Slicer-Software geliefert. Der Slicer lädt die im CAD-System erstellte STL-Datei, schneidet sie in Ebenen und erstellt dann ein Steuerungsprogramm für den Drucker.

Platzieren Sie das Modell korrekt im Druckbereich

Nach Eingabe der Druckparameter muss das Modell (oder mehrere Modelle) auf den Druckertisch gelegt werden. Sie können mehrere Objekte gleichzeitig auf einer Tabelle drucken. Gleichzeitig ist die Zeit im Vergleich zum Drucken eines Objekts etwas länger, aber im Allgemeinen immer noch kürzer. Nachfolgend geben wir Tipps zur Auswahl der richtigen Modellorientierung.

Parameter einstellen

Im Slicer-Programm stellt der Benutzer Parameter wie Druckgeschwindigkeit, Materialverbrauch, Düse und Desktop-Temperatur ein. Die meisten Slicer haben einfache Einstellungen für Anfänger. Darüber hinaus gibt es meistens erweiterte Einstellungen, damit erfahrene Fachleute optimale Ergebnisse erzielen können. Zu den erweiterten Einstellungen gehören die prozentuale Füllung, die Menge des Trägermaterials und die Art des Trägersubstrats oder Floßes (dies ist eine kleine dünne Basis, die die Stabilität des gedruckten Teils beibehält. Am Ende seiner Herstellung wird das Substrat entfernt). Die Anzahl der Optionen ist wirklich endlos. Die spezifischen Einstellwerte hängen von der Druckermarke ab. Das Einrichten ist recht einfach.

Senden Sie das Steuerprogramm an den Drucker

Nach dem Einstellen der Druckparameter, der Positionen zukünftiger Objekte auf dem Tisch, ihrer Ausrichtung und Qualität ist es Zeit, den Drucker endgültig zu starten. Klicken Sie einfach auf die Schaltfläche Drucken und finden Sie heraus, was Sie während der Produktion tun müssen. Je nach Komplexität des Designs dauert der Vorgang einige Minuten bis mehrere Stunden.

Wir führen die Endbearbeitung durch

Die endgültige Verarbeitung umfasst das Entfernen des gedruckten Teils vom Tisch sowie das Entfernen des Trägermaterials durch Schmelzen, mechanische Trennung oder Auflösung (je nach Design des Druckers). Ein Teil muss möglicherweise leicht geschliffen oder poliert werden, aber im Großen und Ganzen sieht ein korrekt gedrucktes Objekt von Anfang an gut aus. Andere Arten der Endbearbeitung sind das Einbringen von Kunststoffteilen in einen Behälter mit Aceton, um die Oberflächenrauheit zu glätten, das Verkleben (wenn die Abmessungen der Struktur die Abmessungen des 3D-Druckers überschreiten oder einzelne Elemente des Objekts unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen müssen), das Bohren von Löchern und das Streichen.

3D-Druckverfahren

Designbasierte 3D-Druckerfunktionen

Beseitigen Sie scharfe Ecken

Wenn sich die Richtung der Oberflächen dramatisch ändert (z. B. schneidet sich eine vertikale Wand mit einer horizontalen Überlappung), ist ein solches Modell schwer zu drucken. Der Drucker baut Innenflächen mit übermäßiger Dicke auf und verbraucht zu viel Material. Es gibt zwei einfache Möglichkeiten, dies zu verhindern: Fügen Sie Fasen hinzu, um die Fugen von Oberflächen zu glätten, oder runde Ecken, damit der Drucker allmählich eine vertikale Oberfläche aufbaut. Darüber hinaus erhöhen Filets die Festigkeit, da Brüche am häufigsten in spitzen Winkeln auftreten.

Beseitigung dünner Wände und kleiner Geometrieelemente

Die Technologie der schichtweisen Abscheidung besteht darin, heißen Kunststoff durch eine Düse zuzuführen und Schicht für Schicht ein bedruckbares Objekt zu bilden. Die Dicke der extrudierten Kunststoffschicht kann abhängig vom Durchmesser der Düse und der Bewegungsgeschwindigkeit des Druckkopfs nicht kleiner als eine bestimmte Grenze gemacht werden. Übermäßig dünnwandige Teile werden nur schwer gedruckt - oft ist das Ergebnis eine chaotische Verflechtung von Fasern. Wenn das Teil gedruckt werden kann, stellt es sich als sehr zerbrechlich heraus und bricht leicht.

Zu dicke Wände sind auch schlecht

Wenn andererseits die Wände zu dick sind, werden sie spröde und reißen leicht. Dies ist besonders wichtig beim Drucken aus anderen Materialien als Polymeren, da im Herstellungsprozess eine übermäßige Dicke zum Auftreten innerer Spannungen im Teil führt. Selbst beim Drucken aus Kunststoff wird zu verschwenderisches Material mit hohem Aufwand an zu dicken Wänden verschwendet.

Wir beseitigen große überhängende Elemente

Mit 3D-Druckern können Sie atemberaubende Formen und Oberflächen erstellen, aber sie können nicht direkt in der Luft drucken. Wenn das Teil einen Hohlraum mit Material darüber enthält, muss zusätzliches Trägermaterial verwendet werden. Die meisten Schneidemaschinen fügen automatisch Material hinzu, erfordern jedoch die Ausrichtung und das Volumen der Tragstruktur. Drucker mit einer einzigen Düse erzeugen eine Reihe dünner Säulen, die dann abbrechen müssen. Das Ergebnis ist keine glatte Oberfläche. Daher wird empfohlen, große überhängende Elemente so weit wie möglich zu vermeiden, um den Bedarf an Trägermaterial zu verringern.

Wenn ein solches Element unvermeidlich ist, können Sie versuchen, das Objekt umzudrehen. Die meisten Drucker können überhängende Elemente mit einem Winkel von etwa 45 Grad drucken. In einer bestimmten Höhe kann die Kante eines solchen Elements leicht durchhängen. Die tatsächlichen Fähigkeiten eines bestimmten Druckers werden durch Ausprobieren bestimmt.

Löcher schrumpfen

Denken Sie daran, dass das Teil aus beheiztem Kunststoff besteht. Beim Abkühlen schrumpft es unweigerlich. Daher müssen Löcher und andere kritische Strukturelemente größer gemacht werden, damit ihre Größe nach dem Schrumpfen so nahe wie möglich an der erforderlichen liegt.

Wenn Sie jedoch ein Loch mit einer engen Toleranz bohren müssen, ist es besser, es mit einem kleineren Durchmesser zu drucken und es dann mit einem geeigneten Werkzeug einzusetzen. Dies gilt insbesondere für Löcher, deren Achse parallel zum Druckertisch verläuft.

Wir vergrößern den Bereich der Unterstützung

Wenn der Kontaktbereich zwischen dem Objekt und der Basis klein ist, kann sich das Teil direkt während des Druckvorgangs vom Tisch lösen. Um dies zu verhindern, werden den Modellträgern, die auf dem Druckertisch installiert sind, breite Basen hinzugefügt. Je näher der Tisch ist, desto mehr Material muss im Allgemeinen zum Träger hinzugefügt werden. Es gibt andere Möglichkeiten, Teile sicher auf einem Tisch zu montieren, worauf wir später noch eingehen werden.

Besondere Tricks

Der richtige Designansatz erleichtert das Drucken. Darüber hinaus gibt es spezielle Nachbearbeitungstechniken, die unbedingt beachtet werden müssen.

Runde Flächen vertikal anordnen

Das Modell sollte so ausgerichtet sein, dass die Mindestmenge an Referenzmaterial verwendet wird. Idealerweise sollte es auf einem Tisch mit einem großen flachen Gesicht ruhen. Außerdem sollten kreisförmige geometrische Objekte so platziert werden, dass die kreisförmigen Flächen vertikal angeordnet sind. Wenn Sie die Druckertabelle von oben betrachten, sollten wir eine runde Silhouette des Objekts sehen. In diesem Fall kommt das Teil unter Bildung einer starken runden Struktur so symmetrisch wie möglich heraus.

Stellen Sie Hohlräume und Löcher vertikal auf

Wenn das Modell Hohlräume enthält (z. B. ein Rohr mit rechteckigem Querschnitt), ist es ratsam, solche Hohlräume vertikal zu platzieren, um das Volumen des Trägermaterials zu verringern. Wenn Sie das Rohr in horizontaler Position drucken, müssen Sie den gesamten Innenraum unterstützen. Wenn Sie das Rohr am Ende anbringen, ist überhaupt keine Unterstützung erforderlich.

Dies gilt auch für Löcher: Um ein Loch mit einer geraden Achse zu erhalten, drucken Sie es am besten vertikal - in Form eines Ringstapels, um ein Verziehen oder Verformen eines runden Lochs in ein ovales Loch zu vermeiden.

Stellen Sie die Druckqualitätseinstellungen ein

Durch die richtige Auswahl der Druckparameter - wie z. B. die Konvertierungstoleranz im STL-Format und die Einstellungen des Slicer-Programms - können Sie Teile mit einer Oberflächenqualität herstellen, die der Qualität beim Schneiden entspricht. Dies führt jedoch zu einer Verlängerung der Druckzeit. Bei der Auswahl der Qualitätsparameter sollte man vom Zweck des Objekts ausgehen: Ist es ein fertiges Produkt oder ein Prototyp? Wird das Teil sichtbar oder versteckt sein?
Qualitätsparameter wirken sich auch auf die Form der Löcher im Teil aus. In CAD-Dateien werden Löcher durch eine Reihe von geraden Linien dargestellt, die zueinander abgewinkelt sind. Je höher die Qualität des Modells in der gespeicherten STL-Datei ist, desto weniger sieht der Kreis wie ein Polygon aus.

Schichtdicke reduzieren

Um die beste Qualität zu erzielen, insbesondere bei Verwendung der Abscheidungstechnologie, ist es erforderlich, die Dicke der Schichten zu verringern. Es verlängert die Druckzeit wirklich, aber das Endergebnis ist es wert!

Wir optimieren die Füllung mit Netzstrukturen

In Bezug auf die Stärke müssen Objekte nicht fest sein. Wie Bienenwaben können Drucker eine Wabenfüllung erzeugen, mit der Sie ein Gleichgewicht zwischen Festigkeitseigenschaften und der Einsparung von teurem Polymermaterial erreichen können. Wenn das gedruckte Teil jedoch als Prototyp für Festigkeitstests dient und das Serienprodukt nach herkömmlichen Methoden sowie bei Exposition gegenüber dem Teil bestimmter Arten von mechanischer Beanspruchung und Druck hergestellt wird, ist eine solide Konstruktion vorzuziehen.

Material auswählen

Der Erfolg des Druckens hängt weitgehend von der richtigen Materialauswahl ab. Materialien haben unterschiedliche Eigenschaften. Beispielsweise ist der Schmelzpunkt von thermoplastischem Polyurethan (TPU) und Polylactidsäure (PLA) niedriger als der von Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Darüber hinaus wird das Material bei der Auswahl der Art der Tragkonstruktionen berücksichtigt. Für ein Objekt aus Polylactidsäure können Trägerelemente aus derselben Polylactidsäure hergestellt werden, da es ziemlich einfach ist, sie vom fertigen Teil zu trennen. Wenn das Teil aus ABS-Kunststoff gedruckt ist, müssen die Stützelemente aus einem anderen Material bestehen, und in den Details von thermoplastischem Polyurethan sollten solche Elemente überhaupt nicht verwendet werden.

Netzfüllung

Ein fester Körper ist nicht immer die beste Wahl für den 3D-Druck. Das Drucken fester Teile hat seine Vorteile, aber die interne Netzstruktur spart sowohl teures Material als auch Zeit.

Das Erstellen von Objekten mit einem bestimmten Füllgrad mit Netzstrukturen ist eine einzigartige Möglichkeit für das dreidimensionale Drucken. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, eine solche Struktur zu entwerfen: Dies erfolgt durch das Slicer-Programm. In der Regel reicht es aus, nur den Prozentsatz der Füllung festzulegen (je näher er an 100 liegt, desto fester wird das Objekt) und den Zelltyp auszuwählen, wenn der Drucker über eine solche Option verfügt.

Neben der Zeit- und Materialersparnis bietet die interne Zellstruktur viele weitere Vorteile.

Netzfüllung verhindert Verzug

Das Drucken großer Objekte in einem Stück kann zu Verwerfungen führen. Mit einer Verringerung des Füllungsprozentsatzes strömt während des Druckens Luft durch das Teil, wodurch eine gleichmäßigere Kühlung erzielt und Verwerfungen vermieden werden.

Zellfüllung führt nicht zu Festigkeitsverlust.

Das Drucken von Zellen anstelle von festem Material verringert die Festigkeit des Teils nicht. In vielen Fällen ist ein Teil mit einer zellulären Struktur stark genug für das gewählte Anwendungsgebiet, gleichzeitig aber leichter und weniger materialintensiv.

Die Funktionalität bestimmt die Wahl der Zellgeometrie

Die meisten Slicer unterstützen eine große Auswahl an Zellgeometrien. Die beste Option wird durch den funktionalen Zweck des Objekts bestimmt. Die Standardfüllung mit rechteckigen Zellen vereinfacht das Drucken, während sechseckige und dreieckige Zellen die Festigkeit erhöhen. Durch Wellenfüllung kann sich das Objekt biegen oder verdrehen.

Wie wählt man einen geeigneten Fertigstellungsgrad?

Im Allgemeinen nimmt die Festigkeit des Objekts mit zunehmendem Füllungsgrad zu. Die meisten Drucker haben einen Standardfüllprozentsatz von 20, was in einigen Fällen optimal ist, in anderen jedoch zu groß oder zu klein. Berücksichtigen Sie die mechanischen Beanspruchungen im Ausdruck und erhöhen Sie den Prozentsatz der Füllung in Bereichen, in denen eine höhere Festigkeit erforderlich ist. Wenn keine hohe Festigkeit erforderlich ist, wählen Sie die niedrigstmögliche Füllung. Dies spart Material und erhöht die Druckgeschwindigkeit. Meistens erfolgt die Auswahl der optimalen prozentualen Füllung durch Versuch und Irrtum.

Methoden zur Befestigung des Werkstücks am Tisch

"Flöße", "Krempen", "Röcke" - diese Begriffe klingen lustig, zeigen aber nur die drei Hauptmethoden zum Anbringen eines gedruckten 3D-Teils am Druckertisch. Betrachten Sie jede dieser Methoden und ihre Anwendungen.

Rock

Der Rock sieht zu Beginn des Druckvorgangs die Erzeugung mehrerer Ringe um das Objekt vor, um die normale Extrusion von Kunststoff zu gewährleisten. Der Rock berührt das Objekt überhaupt nicht. Es umgibt den Druckbereich und hilft beim Starten des Fixierens. Bei der Herstellung eines Rocks passiert ein großes Volumen an heißem thermoplastischem Polymer die Düse. Somit ist der Drucker bereit, das eigentliche Teil zu drucken. Dies gewährleistet eine gute Haftung auf dem Tisch und glatte Oberflächen des Objekts.

Rand

Eine Krempe ist ein breiter, flacher Bereich, der als Stützbasis mit dem Hauptobjekt verbunden ist (stellen Sie sich Hutfelder vor). Es ist einem Rock sehr ähnlich, aber mit einem Modell verbunden. Zusätzlich zu allen Vorteilen eines Rocks hält die Krempe die Kanten des hergestellten Objekts auf dem Tisch.

Beim Drucken kühlt der äußere Teil des Objekts häufig schneller ab als der mittlere, weshalb die Kanten umwickelt werden. Krempe verhindert dieses Phänomen, indem sie die Kanten hält.

Floß

Ein Floß ist eine abnehmbare Basis in Form einer dünnmaschigen Plattform, die sich unter dem gesamten Objekt befindet (das auf dem Floß liegt). Um ein Floß zu erstellen, druckt der Drucker zuerst eine flache Platte in zwei oder drei Schichten und beginnt dann mit der Herstellung eines Objekts.

Flöße haften hervorragend auf der Oberfläche des Tisches und dienen auch als solide Basis für den Druck. Dies ist besonders praktisch bei der Herstellung von Kleinteilen und Teilen mit ungewöhnlicher Form, die schlecht auf dem Tisch befestigt sind, sowie von dünnwandigen Gegenständen.

Nach dem Drucken lässt sich das Floß in den meisten Fällen leicht vom Teil trennen.

Wenn der Drucker keine Desktop-Aufwärmfunktion hat

Flöße werden verwendet, wenn der Drucker keine Tischheizung hat. In diesem Fall wird eine übermäßige Haftung zu einem Problem.

Eine alternative Methode besteht darin, ein Klebeband auf die Druckerplattform zu kleben und möglicherweise deren Kanten abzuwickeln (dies schützt auch die Plattform selbst). Sie können Verpackungsklebeband verwenden, aber es ist normalerweise teurer.

Wenn ein Verzug auftritt oder sich das Objekt vom Tisch löst, sollte ein löslicher Klebestift auf das Klebeband aufgetragen werden. Dies verbessert die Haftung.

Lernen Sie die Funktionen eines bestimmten 3D-Druckers kennen und berücksichtigen Sie diese bei der Vorbereitung Ihres Modells.

Dreidimensionales Drucken ist nicht nur eine Wissenschaft, sondern auch eine Kunst. Ein effektives Design für den nachfolgenden 3D-Druck erfordert ein Verständnis des Prozesses unter Berücksichtigung seiner Merkmale und des Zwecks des zukünftigen Objekts. Dies verbessert die Druckleistung erheblich.

Verwenden von Solid Edge im 3D-Druck

Nicht alle CAD-Systeme sind für den 3D-Druck geeignet.

Die Fähigkeiten des verwendeten Systems sollten die Designer nicht einschränken. Unser Solid Edge-System ist mit Design-Tools ausgestattet, die auf die neueste 3D-Drucktechnologie zugeschnitten sind. Es werden verschiedene 3D-Drucker und 3D-Druckdienste unterstützt.

Erreichen Sie die nächste Stufe mit speziellen Techniken zum Entwerfen von Teilen für den 3D-Druck

Die generative Modellierung in Solid Edge eröffnet neue Möglichkeiten: Der Konstrukteur wählt ein bestimmtes Material aus, legt den Raum für Konstruktionsentscheidungen, zulässige Belastungen, Einschränkungen und die Zielmasse des Teils fest und das System berechnet automatisch die gewünschte Geometrie. Infolgedessen können die komplexesten Formen unter Verwendung von 3D-Druckverfahren erhalten werden.

Darüber hinaus wird beim Erstellen von Modellen die Verwendung der Ergebnisse des dreidimensionalen Scannens bereitgestellt. Solid Edge kombiniert erfolgreich die traditionelle Grenzdarstellung von Volumenmodellen (B-Rep) und die Darstellung von Oberflächen in Form eines Dreiecksgitters, wodurch langwierige Transformationen vermieden werden, die mit dem Auftreten von Fehlern behaftet sind.

Wenn Sie die STL-Datei bereits zum Drucken heruntergeladen haben, können Sie mit unserer einzigartigen synchronen Technologie importierte Modelle in Solid Edge schnell und bequem bearbeiten, um sie auf diesen Vorgang vorzubereiten.

Drucken auf Ihrem eigenen Drucker oder Übertragen einer Bestellung an einen 3D-Druckdienstleister

Das Drucken in Solid Edge auf einem lokalen 3D-Drucker erfolgt mit dem Befehl 3D-Druck. Modelle können in den Formaten STL und 3MF gespeichert oder direkt an die Microsoft 3D Builder-Anwendung gesendet werden. Wenn Sie keinen eigenen 3D-Drucker haben oder verschiedene Materialien und Oberflächen ausprobieren möchten, können Sie mit Solid Edge Modelle direkt an Cloud-basierte 3D-Druckdienste (z. B. 3YOURMIND) senden. Sie erhalten sofort Preisangebote für die Herstellung von Teilen aus verschiedenen Materialien mit deren anschließender Lieferung direkt an Ihre Haustür.

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3D-Druck: Schnelle Tipps zum Wechseln von einem CAD-Modell zu einem gedruckten Objekt