3D-Druck mit Stützen

Eine der größten Einschränkungen der FFF-3D-Drucktechnologie besteht darin, dass jede Schicht über der vorhergehenden gedruckt werden muss, was die Herstellung von Brücken, Auslegern oder Wänden mit großen Neigungen unmöglich macht.

Um dies zu vermeiden, werden üblicherweise gedruckte Unterstützungsstrukturen verwendet, die als Basis für die vorherigen Elemente dienen. Diese Strukturen werden als Stützstrukturen bezeichnet.

Bild 1: Stützstrukturen an 3D-gedruckten Teilen. Quelle: 3DHubs

Teile der Stützstrukturen

Die Klammern bestehen hauptsächlich aus vier Teilen:

• Stützstruktur: Dies ist die Struktur, die die freitragenden Schichten trägt.

• Dichte Stützstruktur: Die letzten Schichten der Stützstruktur, die mit dem Werkstück in Kontakt sind, werden als dichte Stützstruktur bezeichnet. Der Name rührt daher, dass diese Schichten eine höhere Dichte haben als der Rest des Trägers. Dies ist ein optionaler Parameter, der die Stützstruktur des Teils durch eine größere Kontaktfläche verbessert, ohne die Materialkosten wesentlich zu erhöhen.

• Horizontaler Abstand: Dies ist der Abstand zwischen den Seitenwänden der Stützstruktur und denen des Teils. Sie verhindert, dass das Werkstück seitlich an den Auflagen haftet.

• Vertikaler Abstand: Dies ist der Abstand zwischen der Oberseite der Auflage und dem Werkstück.

Arten von Stützstrukturen

Je nach dem Material, aus dem sie hergestellt sind, können sie als löslich oder nicht löslich eingestuft werden. Bei Druckern mit einem einzigen Extruder müssen die Stützstrukturen immer aus demselben Material wie das Teil hergestellt werden. Bei Doppelextrudern können die Stützen aus einem anderen Material als das Teilmaterial hergestellt werden. In diesen Fällen ist es üblich, ein lösungsmittellösliches Material zu verwenden, in dem sich das Teil nicht auflöst (siehe nachlösbare Filamente zur Unterstützung).

Parameter der Konfiguration der Stützstruktur

Die Verwendung von löslichem oder unlöslichem Material beeinflusst die Konfiguration der Stützstruktur, so dass es sehr wichtig ist, die verschiedenen Parameter zu kennen und zu wissen, wie sie sich auf das Verhalten der Stützstrukturen auswirken.

Jede Laminiersoftware kann eigene Parameter enthalten, die in anderen Programmen nicht verfügbar sind. Es ist daher ratsam, das Handbuch der verwendeten Software zu konsultieren. Es gibt jedoch eine Reihe von Parametern, die allen gemeinsam sind und die es ermöglichen, jede Art von Substrat zu konfigurieren:

• Stützenschwelle oder Überstand: Dies ist der maximale Wandwinkel, ab dem Stützen erzeugt werden. Im Allgemeinen werden Werte zwischen 30 und 60 verwendet. Bei kleinen Schichthöhen können höhere Neigungen ohne Stützen gedruckt werden, während bei großen Schichthöhen auch bei kleinen Neigungen Stützen erforderlich sein können.

• Art/Muster der Ausfachung: Die Ausfachung ist als eine Struktur mit geringer Dichte konfiguriert. Die Muster, die ausgewählt werden können, ähneln denen, die für die Füllung des Teils verwendet werden. Unidirektionale (Linien) sind schneller und leichter zu entfernen, obwohl sie in hohen Teilen weniger stabil sein können, während bidirektionale (Gitter) eine größere Stabilität bieten, aber schwieriger zu entfernen sein können, insbesondere in kleinen Löchern.

• Dichte der Stützstruktur: Dies ist das Verhältnis von leerem Raum zu Material im Träger. Eine höhere Dichte führt zu stabileren Substraten, allerdings auf Kosten höherer Materialkosten und der Schwierigkeit, sie zu entfernen. In der Regel werden Werte unter 30 % verwendet.

• Anzahl der Schichten der dichten Unterlage: Dies ist die Anzahl der Schichten, die mit dem Werkstück in Berührung kommen und eine höhere Dichte als der Rest der Unterlage haben werden. Es ist ratsam, mindestens 3 zu verwenden.

• Dichte der Stützstruktur: Dies ist die Dichte der letzten Schichten der Stützstruktur in Kontakt mit dem Teil. Werte über 30 % werden im Allgemeinen für nicht lösliche Substrate und über 80 % für lösliche Substrate verwendet.

• Vertikaler Abstand: Dies ist der Abstand zwischen der letzten Schicht der Stützstruktur und der ersten Schicht des Teils. Im Allgemeinen wird das Äquivalent einer Schicht verwendet, wenn nicht lösliche Substrate verwendet werden, und Null, wenn lösliche Substrate verwendet werden.

Bei Druckern mit zwei Extrudern ist es möglich, unterschiedliche Extruder für das Substrat und für das dichte Substrat zu wählen. Dies ist eine große Hilfe, um lösliches Material (in der Regel zu höheren Kosten) und Zeit beim Auflösen der Substrate zu sparen. Es ist daher ratsam, den gleichen Extruder, der das Teil druckt, für den Träger zu wählen und den Extruder mit löslichem Material nur für den dichten Träger. Auf diese Weise lässt sich der Rest des Trägers nach dem Auflösen dieser Schnittstelle leicht vom Teil lösen, ohne dass er aufgelöst werden muss. Bei dieser Konfiguration wird empfohlen, mindestens 5 dichte Stützschichten mit einem Abstand von Null zu verwenden.

Häufige Probleme mit löslichen Medien

Lösliche Materialien, insbesondere wasserlösliche Materialien, sind oft schwieriger zu drucken. Einige der häufigsten Probleme sind:

• Feuchtigkeit: Dies betrifft nur wasserlösliche Stoffe. Diese Materialien sind besonders feuchtigkeitsempfindlich und müssen daher unter geeigneten Bedingungen gelagert werden. Darüber hinaus ist es ratsam, während des Drucks luftdichte Boxen oder Trockenmittel zu verwenden, da sie innerhalb weniger Stunden hydratisieren können. Die häufigste Folge eines nassen Stützfadens ist das Verstopfen der Heizvorrichtung.

• Schlechte Haftung: Es ist sehr wichtig, ein kompatibles Trägermaterial zu wählen, nicht nur in Bezug auf die Temperatur, sondern auch auf die Haftung. Beim Druck eines Auslegers dient das Substrat als Unterlage, so dass eine schlechte Haftung zu einem Ausfall führt, der ähnliche Folgen hat wie Haftungsprobleme bei der Druckunterlage. Bei wasserlöslichen Fäden führt Feuchtigkeit auch zu einem Haftungsverlust des Materials, was insbesondere bei PVA der Fall ist.

• Staus: Wie bereits erwähnt, ist eine der Hauptursachen für einen nassen Filamentträger ein Stau, aber das ist nicht die einzige Ursache. Wenn das Heissluftgebläse lange Zeit auf hoher Temperatur gehalten wird, ohne dass gedruckt wird, kann es ebenfalls zu Staus kommen. Daher ist es ratsam, die Temperatur des inaktiven Extruders um 30 °C zu senken, wenn der Extruder nicht häufig gewechselt wird.

Hinweis: In diesem Leitfaden werden Konzepte in allgemeiner Form erörtert und es wird nicht auf eine bestimmte Marke oder ein bestimmtes Modell eingegangen, auch wenn diese an der einen oder anderen Stelle erwähnt werden. Die Kalibrierungs- oder Einstellverfahren können sich von Marke zu Marke und von Modell zu Modell erheblich unterscheiden. Es wird daher empfohlen, vor dem Lesen dieses Leitfadens das Handbuch des Herstellers zu konsultieren.