Kleine Details und dünne Wände. Beschränkungen der FDM-Technologie

Bei der Gestaltung und Vorbereitung von Teilen für den 3D-Druck ist es sehr wichtig, die Auflösungsgrenze unserer Geräte zu berücksichtigen. Es ist ratsam, Elemente mit einer geringeren Größe zu vermeiden, da die Druckqualität dieser Elemente sehr niedrig ist und in vielen Fällen die Laminierungssoftware selbst sie auslässt.

Wie erkennt man die Auflösungsgrenze eines FDM-3D-Druckers?

Alle FDM-Drucker haben zwei Auflösungen: eine für X und Y und eine für Z. Die X- und Y-Auflösung ist direkt von der verwendeten Düse abhängig, entspricht aber nicht exakt dem Düsendurchmesser, sondern der Extrusionsbreite.
Eine 0,4-mm-Düse beispielsweise erzeugt im Allgemeinen eine Extrusionsbreite von 0,48 mm, so dass die Auflösung in der X- und Y-Achse 0,48 mm betragen würde.

Kleinere Düsen erhöhen die Druckauflösung, während größere Düsen sie verringern. Eine 0,25-mm-Düse erreicht beispielsweise eine Auflösung von 0,3 mm, während eine 0,6-mm-Düse eine Auflösung von 0,72 mm erreicht.

Die tatsächliche Extrusionsbreite eines Druckers sollte in der Praxis durch Messen der Dicke eines gedruckten Umfangs mit einem Messschieber ermittelt werden; bei einem korrekt kalibrierten Drucker wird sie jedoch etwa 20 % größer sein als der Düsendurchmesser.

Die Auflösung auf der Y-Achse stimmt mit der Schichthöhe überein, so dass sie während des Laminiervorgangs variiert werden kann.

Bei den kleinen Details sind zwei Arten zu unterscheiden: dünne Wände und kleine Details.

Dünne Wände sind solche, deren Dicke geringer als die Extrusionsbreite ist und die daher nicht mit einer einzigen Extrusion gedruckt werden können.

Kleine Details sind solche, die zwar über der Auflösung des Druckers liegen, aber aufgrund ihrer geringen Größe problematisch sind, wenn es um das Schließen von Perimetern oder die Kühlung geht.

Wie man den Dünnwanddruck während der Laminierung einrichtet

Es ist zu beachten, dass alle Laminierungssoftware standardmäßig alle Wände mit einer geringeren Dicke als der Auflösung des Druckers im G-Code auslässt, so dass der Drucker sie gar nicht druckt.

Bild 1: Teil mit einer Wandstärke unterhalb der Auflösung des Druckers, vor und nach der Laminierung. Quelle: eigene Ausarbeitung.

Es gibt jedoch eine Lösung, die verhindert, dass die Software diese Wände übersieht und versucht, sie zu drucken. Die meisten Laminatoren verfügen über einen Parameter, mit dem Sie die minimale Extrusionsbreite einstellen können. Wenn dieser Parameter auf einen Wert eingestellt ist, der kleiner als die Extrusionsbreite ist, nimmt die Software diesen Wert als Mindestauflösung an und versucht, jede Wandgröße zwischen diesem Wert und der Extrusionsbreite zu drucken. Zu diesem Zweck wird der Extrusionsfluss proportional angepasst.

Es ist zu beachten, dass die Einstellung niedriger Werte für diesen Parameter Risiken birgt. Das Drucken mit nicht optimalen Extrusionsflussraten kann zu Inkonsistenzen bei der Extrusion, zu einem erheblichen Verlust an Genauigkeit und sogar zu Druckfehlern führen. Außerdem besteht bei einer großen Wandhöhe die Gefahr des Ausknickens. Es ist ratsam, Tests durchzuführen, um den Mindestwert zu ermitteln, der sicher eingestellt werden kann. Es ist auch wichtig, mit niedrigen Druckgeschwindigkeiten zu arbeiten.

Bild 2: Wände von 0,92 mm, 0,48 mm und 0,30 mm nach der Laminierung. Quelle: Eigene Ausarbeitung.

Wie man den Druck von kleinen Details während der Laminierung einrichtet

Im Gegensatz zu dünnen Wänden lässt die Standard-Laminierungssoftware den Druck von kleinen Details nicht aus.
Dies kann problematisch sein, da gerade diese Elemente das größte Risiko für einen Ausfall darstellen.

Um das Risiko von Fehlern zu minimieren, ist es sehr wichtig, diese Elemente mit sehr niedrigen Geschwindigkeiten zu drucken und bei Materialien wie PLA oder PETg das Schichtgebläse maximal zu nutzen.

Was die Konfiguration von kleinen Details angeht, so behandelt jede Software diese unterschiedlich. Der einzige gemeinsame Parameter, der sich auf diese Art von Elementen auswirkt, ist die Geschwindigkeitsreduzierung für Schichten mit einer sehr geringen Druckzeit (15 - 45 s). Es wird empfohlen, sie immer mit einem Schwellenwert von etwa 30 s für ABS/ASA und 15 s für PLA und PETg zu aktivieren.

Simplify3D ermöglicht es Ihnen, eine minimale Extrusionslänge für einfache Extrusionen festzulegen, so dass alle kleinen Details, die eine geringere Extrusionslänge als diesen Wert erfordern, im Laminat ausgelassen werden.

Ideamaker verfügt im Gegensatz zu anderen Laminiergeräten über einen speziellen Bereich für kleine Details. Mit dieser Funktion können Sie einen Mindestdurchmesser für Details und Löcher festlegen und eine Geschwindigkeitsreduzierung für diese anwenden.

Bild 3: Abschnitt zur Konfiguration kleiner Details in ideamaker. Quelle: Raise3D.com

Abschließende Überlegungen

Bei der Erstellung eines Entwurfs für den FDM-Druck muss man die maximale Auflösung des 3D-Druckers kennen, mit dem er hergestellt werden soll, und versuchen, Elemente mit Abmessungen nahe dieser Auflösungsgrenze zu vermeiden.

Wenn kleine Details oder dünne Wände gedruckt werden müssen, sollten die folgenden Tipps beachtet werden:

• Überprüfen Sie die Dünnwandkonfiguration des Laminators sowie die Funktion für kleine Details, falls vorhanden. Falsche Einstellungen führen dazu, dass sie im Laminat nicht berücksichtigt werden und daher nicht auf das fertige Teil gedruckt werden.
• Verwenden Sie eine niedrige Druckgeschwindigkeit. Wenn das verwendete Laminiergerät eine Reduzierung der Geschwindigkeit nur für kleine Details erlaubt, sollte diese Funktion gewählt werden, da sie eine übermäßige Verlängerung der Druckzeit verhindert. Wenn diese Funktion nicht zur Verfügung steht, muss die Druckgeschwindigkeit insgesamt reduziert werden. Die Reduktion hängt vom Druckertyp, dem verwendeten Material, der Drucktemperatur und dem Wirkungsgrad des Schichtlüfters ab und muss daher für jeden Einzelfall individuell ermittelt werden.
• Kühlen Sie das Werkstück so schnell wie möglich ab, um eine starke Verformung der Schichten zu vermeiden.

Es ist jedoch zu beachten, dass ein Arbeiten unterhalb der optimalen Auflösung des Druckers einen erheblichen Qualitätsverlust und das Risiko eines Teileausfalls bedeutet.