Wenn es um professionellen 3D-Druck geht, ist einer der Aspekte, der am häufigsten unterschätzt wird, die dimensionale Toleranz. Doch für diejenigen, die in dieser Branche arbeiten, ist klar, dass der Unterschied zwischen einem perfekt funktionierenden Bauteil und einem aussortierten Bauteil genau in diesen Zehntelmillimetern liegt.
In diesem Artikel möchte ich teilen, was wir im Laufe der Jahre beim Arbeiten mit verschiedenen Technologien und Materialien gelernt haben, und vor allem, wie wir konsistente und zuverlässige Ergebnisse erzielen können.
Die verschiedenen Technologien: Jede hat ihre Besonderheiten
FDM – Das Arbeitspferd
FDM-Drucker, insbesondere industrielle Modelle, können Toleranzen von etwa ±0,2 mm oder sogar ±0,15% unter optimalen Bedingungen erreichen. Aber – und das ist wichtig – die Endqualität hängt von vielen Faktoren ab: Wie gut die Maschine kalibriert ist, welche Art von Filament verwendet wird, wie das Slicing konfiguriert ist.
Das Hauptproblem bei FDM? Die thermische Schrumpfung. Vor allem bei komplexen Geometrien oder wenn Sie dicke Wände haben, lauert die Gefahr des Verwerfens immer.
SLA/DLP – Die Präzision der Details
Hier geht es wirklich um Präzision. Mit Stereolithografie können Sie bis zu ±0,05 mm erreichen, was für kleine, detaillierte Teile fantastisch ist. Der Vorteil ist, dass sie deutlich weniger Verformungen aufweist als FDM.
Das Einzige, was Sie beachten müssen, ist die Nachpolymerisation: Wenn Sie sie nicht richtig durchführen, kann selbst der beste Druck seine dimensionale Stabilität im Laufe der Zeit verlieren.
SLS – Wenn Robustheit gefragt ist
Selective Laser Sintering ist das, was wir verwenden, wenn wir funktionale und komplexe Teile benötigen. Die Toleranzen liegen bei etwa ±0,3 mm, was vielleicht nicht die höchste Präzision ist, aber die Konsistenz ist hervorragend.
Die Grenze? Die Oberflächenqualität und die leichte Porosität, die die Endabmessungen beeinflussen können, vor allem wenn das Teil unter besonders kritischen Bedingungen arbeiten muss.
MJF – Der perfekte Kompromiss
Multi Jet Fusion ist wahrscheinlich die Technologie, die ich für kleine bis mittlere Serienproduktionen am meisten bevorzuge. Sie können ±0,2 mm mit sehr homogenen Oberflächen und einer wirklich reduzierten Schrumpfung erreichen. Es ist eine der stabilsten Technologien, die wir haben.
Materialien: Jedes hat seinen eigenen Charakter
Eine Sache, die ich gelernt habe, ist, dass man Toleranzen nicht ohne Berücksichtigung des verwendeten Materials betrachten kann. Jedes verhält sich beim Abkühlen anders:
- PLA: ist der „artigste“, mit einer Schrumpfung unter 0,2%. Ideal für Einsteiger
- ABS: hier muss man vorsichtig sein, es kann sich bis zu 1% zurückziehen. Beheizter Bauraum und geschlossene Kammer sind hier Pflicht
- PA12 (Nylon für SLS/MJF): ausgezeichnetes Gleichgewicht zwischen Flexibilität und Präzision, aber Vorsicht vor Feuchtigkeit, die Probleme bereiten kann
- SLA-Harze: praktisch keine Schrumpfung, aber wenn Sie sie nicht gut mit UV behandeln, können sie im Laufe der Zeit ihre Abmessungen ändern
Um Verformungen unter Kontrolle zu halten, setzen wir verschiedene Strategien ein: Softwarekompensation, Geometrieoptimierung, kontrollierte Abkühlung und all jene Verankerungstechniken (Brim, Raft usw.), die sehr hilfreich sind.
Konstruieren mit Blick auf den 3D-Druck
Dies ist vielleicht der wichtigste Punkt des gesamten Artikels: Man muss mit Blick auf den 3D-Druck konstruieren. Sie können keine für die herkömmliche Bearbeitung erstellte Zeichnung nehmen und hoffen, dass sie so funktioniert.
Design for Additive Manufacturing (DfAM) ist nicht nur ein Trend, sondern eine Notwendigkeit. Wenn Sie unter Berücksichtigung der Drucktechnologie, der Abkühlrichtungen und der Bauteilstruktur konstruieren, reduzieren Sie Fehler erheblich und vermeiden, dass Sie später mechanisch nachbessern müssen.
Einige Regeln, die wir immer befolgen:
- Wir vermeiden zu scharfe Kanten und abrupte Dickenwechsel
- Wir versuchen, Symmetrie und Gleichmäßigkeit beizubehalten, um interne Spannungen zu reduzieren
- Wir verwenden funktionale Toleranzen basierend auf realen Daten, nicht auf Annahmen
- Wir planen immer angemessene Abstände für Verbindungen und Einpassungen ein
- Wir validieren alles mit GD&T-Software, bevor wir drucken
Erfahrung im DfAM ist entscheidend, oder man muss sich schon in der Konstruktionsphase unterstützen lassen. Dies ist der einzige Weg, um sicherzustellen, dass mechanische Leistung und Toleranzen Hand in Hand gehen.
Qualitätskontrolle: Messen ist alles
Etwas, das ich Kunden immer sage: Die auf dem Papier angegebene Genauigkeit reicht nicht aus. Man muss immer kontrollieren.
Wir verwenden:
- Hochauflösende 3D-Scanner für schnelle und detaillierte Überprüfungen
- CMM-Sonden für Produktionsmuster in Serie
- Vergleiche von CAD zu physischem Teil, um jede noch so kleine Abweichung zu überwachen
Dieser Qualitätskontrollprozess ermöglicht es uns, die Fehlerquote innerhalb der von uns für jede Produktionscharge festgelegten Grenzen zu halten.
Zusammenfassend
Den Umgang mit Toleranzen im 3D-Druck zu beherrschen, ist keine einfache Sache, aber auch nicht unmöglich. Es ist das Ergebnis eines Ansatzes, der alles zusammen berücksichtigen muss: Technologie, Material, Konstruktion und Qualitätskontrolle.
Jede einzelne Variable kann die Endgenauigkeit beeinflussen, aber mit den richtigen Werkzeugen und der im Laufe der Jahre erworbenen Erfahrung können wir Lösungen anbieten, die sowohl zuverlässig als auch wiederholbar sind.
Wenn Sie an einer Komponente mit strengen Abmessungsanforderungen arbeiten, zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren. Wir sind immer bereit, gemeinsam die beste Lösung für Ihr Projekt zu finden.
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