Im Gegensatz zum FFF-3D-Druck wird bei der 3D-Druck mit Harz empfohlen, immer Stützstrukturen zu verwenden. Es gibt mehrere Gründe, warum Stützstrukturen verwendet werden sollten, aber die wichtigsten sind:

• Unterstützung von Überhängen: Wie beim FFF-3D-Druck muss jede Schicht von der vorherigen unterstützt werden. Deshalb erfordern Überhänge den Einsatz von Stützstrukturen.
• Präzision der ersten Schichten: Es ist üblich, für die ersten Schichten lange Belichtungszeiten zu verwenden, um die Haftung auf der Druckplattform zu verbessern. Diese Überbelichtung führt in der Regel zu dickeren Schichten, dimensionalen Fehlern und einem Verlust an Präzision. Durch die Verwendung eines Rafts und von Stützstrukturen ist es nicht erforderlich, das Teil auf der Basis zu positionieren, und verhindert, dass die überbelichteten Schichten mit dem Teil übereinstimmen.
• Minimierung des Ausfallrisikos: Während des Druckvorgangs härtet das Harz bei Kontakt mit einem FEP oder einem PDMS-Film aus. Beim Anheben der Plattform erzeugt die Wechselwirkung des Teils mit diesem Film Adhäsionskräfte, die umso größer sind, je größer die Kontaktfläche ist. Deshalb werden die Teile normalerweise schräg positioniert, wodurch eine größere Überhangfläche entsteht, die den Einsatz von Stützstrukturen erfordert.

Teile der Stützstrukturen

Beim Harzdruck werden Stützstrukturen in drei Teile unterteilt:

• Basis: Dies ist der Kontaktbereich mit der Plattform. Je größer die Oberfläche ist, desto besser haftet sie an der Plattform, aber desto mehr Harz wird auch verbraucht.
• Säule oder Körper: Dies ist die Tragstruktur. Es handelt sich um eine Säulenstruktur mit einem Risiko des Durchbiegens, daher muss ihr Durchmesser je nach Höhe und ob sie mit anderen Stützstrukturen verbunden ist, richtig eingestellt werden.
• Kopf: Dies ist der Verbindungsbereich zwischen der Stützstruktur und dem Teil. Er wird verwendet, um die Kontaktfläche mit dem Teil zu verringern. Das ist der schwächste Punkt und derjenige mit dem größten Ausfallrisiko.

Bild 1: Struktur einer Säule. Quelle: makezine.

Stützparameter

Obwohl sie je nach Software variieren können, gibt es mehrere Parameter, die korrekt konfiguriert werden müssen, damit der Druck erfolgreich ist:

• Dichte der Stützstrukturen: Dies ist die Anzahl der Stützpfeiler pro Fläche, die auf dem Teil erzeugt werden. Je höher die Anzahl der Stützen ist, desto geringer ist das Ausfallrisiko, aber desto größer ist der ästhetische Einfluss auf das Teil. Idealerweise sollte die minimale Anzahl von Stützen verwendet werden, ohne dass das Teil versagt. Es kann auch als Abstand erscheinen, wobei der Wert den Abstand zwischen den Stützen angibt.
• Stütztyp: Im Allgemeinen werden zwei Arten von Stützen unterschieden: gerade und baumartige. Baumartige Stützen sind effizienter, da sie weniger Material und eine geringere Dichte benötigen, können jedoch bei hohen Teilen ein höheres Ausfallrisiko als gerade Stützen haben.
• Höhe oder Erhebung: Dies ist der Abstand, um den das Teil von der Basis entfernt wird. Es wird empfohlen, mindestens zwischen 3 und 5 mm zu haben.
• Durchmesser: Dies ist der Durchmesser des Körpers der Stützstruktur. Ein größerer Durchmesser erzeugt stabilere Stützen, erhöht jedoch den Harzverbrauch. Der Durchmesser der Stützstruktur beeinflusst nicht das visuelle Erscheinungsbild des Teils, daher ist der einzige Nachteil der Materialverbrauch. Es wird empfohlen, den Durchmesser bei Teilen mit hohen Stützen zu erhöhen, um Ausfälle zu vermeiden.
• Durchmesser des Kontaktpunkts: Dies ist die Kontaktfläche zwischen der Stützstruktur und dem Teil und einer der wichtigsten Parameter. Ein größerer Durchmesser erzeugt eine bessere Bindung zwischen dem Teil und den Stützen und minimiert das Ausfallrisiko, erhöht jedoch auch den ästhetischen Einfluss auf das Teil.
• Verbundene Stützstrukturen: Die Funktion der verbundenen Stützstrukturen erzeugt Verbindungsstrukturen zwischen den verschiedenen Stützen und verleiht ihnen eine größere Stabilität. Einige Softwareanwendungen wenden diese Funktion standardmäßig an. Dies erhöht den Harzverbrauch, reduziert jedoch drastisch das Ausfallrisiko.

Gängige Probleme mit Stützstrukturen

Einige der häufigsten Fehler beim Harz-3D-Druck sind mit den Stützstrukturen verbunden.

• Das Teil löst sich von den Stützen: Um den ästhetischen Einfluss der Stützen auf das Teil zu reduzieren, werden sie in ihrem Kontaktbereich (Kopf) verengt, wodurch die Kontaktfläche minimiert wird. Die Ablösekräfte zwischen dem Teil und dem FEP- oder PDMS-Film führen manchmal dazu, dass sich das Teil von den Stützen löst. Wenn dies geschieht, besteht die Lösung darin, die Kontaktfläche zwischen dem Teil und den Stützen zu vergrößern, was auf zwei Arten erfolgen kann:
• Die Kontaktfläche vergrößern, wodurch die Markierungen der Stützen sichtbarer werden und das Risiko besteht, beim Entfernen Kerben zu erzeugen.
• Die Dichte der Stützstrukturen erhöhen, was auch den ästhetischen Einfluss auf das Teil erhöht. Das Risiko eines vollständigen Ablösens des Teils wird zwar verringert, aber es besteht die Möglichkeit, dass einige Stützen versagen.
• Einige Stützen bewegen sich: Bei hohen Stützen besteht die Möglichkeit des Durchbiegens beim Schichtwechsel. Dies führt zu Schichtverschiebungen, die dazu führen, dass einige Stützen versagen. Der beste Weg, dies zu vermeiden, ist:
• Den Durchmesser der Stützen erhöhen
• Die Verbindung erhöhen
• Die Geschwindigkeit des Anhebens der Plattform verringern
• Die Stützen lassen sich nicht leicht entfernen / Das Teil wird beim Entfernen beschädigt: Dies wird durch eine übermäßig große Kontaktfläche verursacht. Es wird empfohlen, die Kontaktfläche mit dem Teil zu verringern, was das Risiko einer Trennung zwischen Teil und Stützen erhöht. Zur Kompensation kann die Dichte der Stützen leicht erhöht werden.

Wie man die Stützen entfernt

Einige Hersteller empfehlen, die Stützen vor der Nachhärtung zu entfernen, während andere dies danach empfehlen. Es ist am besten, die Stützen vor der Nachhärtung zu entfernen, da sie dann leichter entfernt werden und die Markierungen überarbeitet werden können, sobald das Teil gehärtet ist.

Die Stützen dürfen niemals manuell herausgerissen werden, da dies Kerben und kleine Ausrisse am Teil verursacht. Die Stützen müssen immer mit Schneidzangen und Messern entfernt werden, indem sie nahe am Kontaktpunkt abgeschnitten werden. Nachdem das Teil gehärtet ist, können sie geschliffen werden, um ihren ästhetischen Einfluss zu verringern.