3D Druck Festigkeit?
Was für einen Einfluss hat der schichtweise Aufbau von 3D gedruckten Teilen auf dessen Festigkeit?
Und wie kann man die Festigkeit erhöhen?
Uund wie nennt man den Effekt beim Drucken, dass so Stufen entstehen statt einer glatten Oberfläche?
7 Antworten
An sich können 3D-Drucke je nach Material sehr fest sein - man muss aber spezifizieren, über welche Art von Belastung man redet. Und da gibt es einige, man kann von der Schlagzähigkeit, Zugfestigkeit, Verwindungssteifheit und einigen anderen Eigenschaften reden. Zusätzlich gibt es dann tatsächlich Unterschiede dieser Eigenschaften in der XY-Ebene (innerhalb der Schichten liegend) und der Z-Achse (senkrecht durch die Schichten). Bei manchen, aber nicht allen Eigenschaften kann es hier Unterschied geben. 3D-Drucke sind oft anfällig dafür, zwischen den Schichten zu brechen. Gibt aber auch Materialien wie Nylon, die sehr gute Schichthaftung haben und auch in der Z-Achse dementsprechend stark belastbar sind.
Um die Stabilität zu erhöhen gibt es einige Möglichkeiten. Punkt Eins sind die Druckeinstellungen. FDM-3D-Drucke werden in der Regel nicht massiv gedruckt, sondern nur die Wände, während der Rest mit einem Gitter (Infill) ausgefüllt wird. Man kann die Dicke der Wände erhöhen oder die Dichte des Gitters, um die Stabilität zu verbessern, das erhöht aber logischerweise den Materialverbrauch und die Druckzeit. Auch Druckgeschwindigkeit und -temperatur können einen Einfluss darauf haben.
Der zweite Punkt ist wie bereits angesprochen das Material. Einer der Vorteile von FDM-3D-Druck ist eben die große Auswahl an Materialien. Nicht jeder Drucker kann alle Materialien verarbeiten, das muss man immer vorher recherchieren, aber beliebte Materialien sind PLA, PETG, TPU, ABS, ASA oder Nylon (oft mit Carbonfasern verstärkt).
Für die stufige Optik von 3D-Drucken gibt es keinen besonderen Begriff. Der Effekt lässt sich durch eine niedrigere Schichthöhe abmildern.
Meistens musss man die Festigkeit gar nicht erhöhen. Es kommt auch auf das Material an, das verdruckt wird. Auf dem Metallsektor sind die Festigkeiten excellent! Wir haben bei uns mal ein einfaches Rohr ausgedruckt und dann geprüft. Es war stabiler, als ein gewalztes Rohr! In der Flugzeugindustrie druckt man inzwischen Scharniere, weil die geometrisch optimiert sind, bei gleicher Belastbarkeit. Die NASA hat ein Raketentriebwerk gebaut, das vorwiegend aus 3-D-Druckteilen montiert war und erfolgreich getestet.
Natürlich hat diese Art des druckens Einfluß auf die Festigkeit des Objekts.
Aber es sind auch noch weitere Faktoren die die Festigkeit beeinflussen.
Besonders das verwendete Material ergibt riesige Unterschiede.
ABS ist in der Regel sehr Schlagfest.
Selbst PLA mit Carbon versetz und mit 100% Füllung gedruckt ist ziemlich stabil.
Allerdings gibt es Schwachpunkte beim 3 D Druck mit Filamenten. Besonders an den Übergängen. Berücksichtigt man dies aber beim erstellen des Objekts in dem man z.B. die Übergänge etwas verstärkt, halten auch diese einiges aus.
Andere Materialien wie TPU, Nylon oder PETG haben ebenfalls Eigenschaften die sie haltbar machen.
Man wählt das Filament nach den Anforderungen aus: Lebensmittelecht, Schlagfest, Biegsam, Hitzebeständig, Säure und Ölresistent, usw.
Ich drucke alle Objekte die etwas aushalten müssen immer mit 100% Füllung.
PS: Übrigens sind PLA Filamente die mit Metallen oder Holz versetzt sind in der Regel nicht sehr stabil. Das Metall macht sie spröde. Duckt man dann noch mit 10-20% Infill können die Objekte wie Glas zerbrechen. Die Layerhaftung bei solchen Filament ist eher geringer als ohne Zusätze.
Einen beträchtlichen: die hauptsächliche Belastungsrichtung eines Objekts muss bei dessen Druckausrichtung berücksichtigt werden, da Zug- und Biegebelastbarkeit mit Wirkung auf die Z-Achse des Objekts geringer ist als auf den horizontalen Achsen.
Festigkeit erhöhen lässt sich damit genau dadurch: Ausrichtung des Objekts beim Druck entsprechend festlegen. Ansonsten konstruktive Maßnahmen ergreifen.
Die Festigkeit entsteht durch das entsprechende Verwenden eines Filaments ,das ist die "Rohmasse" mit dem der 3D Drucker arbeitet. Mittlerweile gibt es auch schon 3D Drucker die mit Metall Legierungen Arbeiten. Die welligen Stufen oder das "ungrade" ist eine zusammehang von Step Stufen in dem sich der 3D Drucker Bewegt und der Flussgeschwindigkeit des Filaments. Je feiner eine Abstufung oder Positionierung des Druck Kopfes ,desto weniger "Welligkeiten" können entstehen.
Meinen ersten 3D Drucker hab ich in den 1990er Jahren aus Teilen defekter Kopierstationen Gebaut. Einen damaligen 486er diente mir mit einer separaten Controller Karte als "Intelligente Steuerung" . Später wich dieser (wegen der Größe) einer einfacher Controllereinheit damals noch mit einem AT MEGA von Atmel. Damals hab ich noch die Controller selbst Programmiert mit einem eigenen Programmer den ich seinerzeit selbst gebaut hab.