3D-Metalldruck 5 Tipps für das Konstruieren in der Additiven Fertigung

Das wahrscheinlich meistgenutzte Verfahren im 3D-Metalldruck ist das selektive Laserschmelzen. Um für dieses Verfahren die besten Ergebnisse herauszuholen, gibt ein Auftragsfertiger Designtipps.

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Der 3D-Metalldruck, genauer gesagt das selektive Laserschmelzen (SLM), ist eine kostengünstige und schnelle Methode zur Herstellung von Prototypen und eignet sich als Produktionsmethode für komplexe Geometrien. Mit einem optimierten Design und einer großen Stückzahl zu fertigender Teile bringt das Verfahren enorme wirtschaftliche Vorteile. Beim 3D-Metalldruck wird eine Pulverschicht, die 0,02 bis 0,06 mm dick ist, von einem Rakel oder Beschichter auf die Bauplattform aufgetragen. Dann beginnt der Laser mit dem Aufschmelzen der ersten Schicht. Im nächsten Schritt wird eine weitere Pulverschicht aufgetragen, nachdem die Bauplattform sich um genau eine Schicht abgesenkt hat. Der Laser verschmilzt nun die erste Schicht mit der nächsten. Dieser Prozess wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das gesamte Bauteil fertig ist. Wenn die letzte Schicht des Bauteils fertiggestellt ist, wird das Metallpulver entfernt und das auf der Bauplattform befestigte Bauteil erscheint.

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Beim klassischen 3D-Metalldruck sind Stützstrukturen wichtig und gleichzeitig belastend, denn sie verlangsamen den Herstellungsprozess. Durch eine gute Designpraxis können die Stützen und damit der zusätzliche Aufwand allerdings auf ein Minimum reduziert werden.

Um das Beste aus dieser Technik herauszuholen, gibt Protolabs fünf Tipps zum fertigungsgerechten Konstruieren im 3D-Metalldruck.

• Wandstärken: Wandstärken unter 1 mm können nicht mit allen Materialien gefertigt werden und sind stark geometrieabhängig. Es gilt die Faustregel: Ratio Höhe zu Wandstärke 40:1 (bei > 1 mm).

• Selbsttragende Winkel: Winkel von 45° sind optimal. Winkel, die diesen Wert unterschreiten, benötigen Stützstrukturen, um das Objekt während der Fertigung stabil zu halten.

• Überhänge: Wenn die zu belichtende Schicht größer ist als die darunterliegende, spricht man von einem Überhang. Überhänge von 0,5 mm können ohne Stützmaterial funktionieren.

• Kanäle und Löcher: Kanäle und Löcher sind bis zu einem gewissen Durchmesser selbsttragende Merkmale und benötigen keine Stützen. Jedoch fallen generell alle Bohrungen in X/Y-Richtung während des Fertigungsprozesses ein.

• Eigenspannung und Verzug: Änderungen in den Querschnittsflächen können zum Verzug des Bauteils führen. Im schlimmsten Fall verbiegen sich Bauplattformen und Scherbolzen bei großen Volumenanhäufungen.

Die Grenzen des selektiven Laserschmelzens

Auch die Additive Fertigung ist nicht die Lösung aller Probleme. Beim 3D-Metalldruck im SLM-Verfahren ergeben sich folgende geometrischen Limits:

• Mindestwandstärke: 1 mm

• Mindestmaße von erhabenen Details: 0,5 mm hoch und breit, 0,8 mm für lesbaren Text und klare Bilder

• Mindestmaße von vertieften Details: 0,5 mm tief und breit, 1 mm breit für lesbaren Text und klare Bilder

• Durchmesser von Austrittslöchern: mindestens 4 mm bei einem Austrittsloch, 2 mm bei zwei oder mehr Austrittslöchern.

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* Christoph Erhardt ist Head of 3D-Printing & Quality Management bei Protolabs in 82438 Eschenlohe, Tel.: (0 88 24) 9 10 33-0, customerservice@protolabs.de, www.protolabs.de

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