Der 3D-Druck ist in der Lage, starke Polymer- und Metallteile herzustellen. Bestimmte Anwendungen von 3D-gedruckten Teilen erfordern jedoch möglicherweise viel mehr Festigkeit. Design und Materialauswahl sind die wichtigsten Faktoren, die die Festigkeit eines 3D-gedruckten Teils bestimmen. Selbst ein gut konstruiertes Teil kann jedoch Schwächen aufweisen und im Betrieb versagen, wenn andere einfache und wichtige Techniken zur Verbesserung der Festigkeit ignoriert werden.

Es gibt verschiedene Techniken zur Verstärkung von 3D-Drucken. Diese können in drei große Kategorien eingeteilt werden: Teilegeometrie, Druckeinstellungen und Nachbearbeitung.

Teilegeometrie

Die Geometrie des Teils spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Festigkeit eines 3D-Drucks. Die Verwendung von Filets und Fasen erhöht die mechanische Festigkeit der Kanten, während Zwickel und Rippen strukturelle Unterstützung bieten.

Filets oder Fasen verwenden

Filets oder Fasen bieten eine solide Grundlage für dünnere Schnitte in 3D-Teilen. Sie verhindern, dass die Düsen empfindliche Teile vom Druck abschlagen.

Konstruktionsbeispiel ohne Filets
Konstruktionsbeispiel mit Ausbuchtungen

Rippen und Zwickel verwenden

Rippen und Zwickel sind dünne Profile, die senkrecht aus einer Wand oder Ebene herausragen. Sie bieten Unterstützung und erhöhen die Festigkeit des Teils. Die Dicke der Rippen sollte die Hälfte der Wandstärke betragen und einen Mindestabstand von der doppelten Wandstärke haben. Große und hohe Rippen sollten vermieden werden; Stattdessen sollten mehrere kleine Rippen verwendet werden.

Konstruktionsbeispiel mit Rippen

3D-Druckeinstellungen

Um stärkere Teile herzustellen, sind optimale Einstellungen des 3D-Druckprozesses erforderlich. Diese Einstellungen umfassen Folgendes.

Füllung im 3D-Druck

Füllung bezieht sich einfach auf die Materialmenge in den Außenwänden des 3D-Teils. Diese Technik wird häufig im FDM-3D-Druck verwendet, um die Festigkeit zu erhöhen. Die Füllungseinstellung erfolgt auf zwei Arten, Füllungsmuster und Füllungsdichte.

Füllmuster

Dies ist eine sich wiederholende Struktur, die den Raum innerhalb eines 3D-gedruckten Teils ausfüllt. Es ist normalerweise nicht sichtbar. Es gibt zahlreiche Arten von Füllmustern. Sie umfassen; Dreiecksmuster, Archi, rechteckig, Waben oder sechseckig und konzentrisch. Archi Infill-Muster eignet sich am besten für kreisförmige oder abgerundete Teile. Das rechteckige Füllmuster ist aufgrund seines parallelen und senkrechten Gitters in der Lage, einen 100% dichten Teil zu ergeben. Das sechseckige Füllmuster bietet das höchste Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, das Drucken dauert jedoch am längsten.

Fülldichte

Eine 0% ige Füllung hat keine Füllung, und eine 100% ige Füllung ergibt einen vollständig festen Teil. Die 100% Füllung macht den stärksten Teil. In vielen Fällen ist es jedoch ein unnötiger Materialeinsatz, der Gewicht und Kosten erhöht. Das Wabenmuster eignet sich am besten für Prozentsätze von weniger als 50%, während das geradlinige Muster am besten für Prozentsätze über 50% geeignet ist. Übliche Fülldichten liegen zwischen 20% und 25%.

Ausrichtung der Teile

Orientierung von 3D-gedruckten Teilen

3D-gedruckte Teile sind am stärksten in Ebenen parallel zum Baugehäuse, da die molekulare Bindung in einer Schicht viel mehr ist als die Klebeverbindungen zwischen Schichten. Dies sind die X- und Y-Ebenen. Obwohl diese Technik für den FDM-3D-Druck üblich ist, kann sie in anderen Prozessen wie SLA und SLS verwendet werden, um die Festigkeit zu verbessern. Die Ausrichtung des Teils hängt davon ab, wo die Belastung und der Druck im Teil auftreten.

Schalendicke

Dies spielt eine wichtige Rolle bei der Verstärkung von 3D-Teilen. Eine dickere Schale macht ein Teil stärker. Für den FDM-Druck ist eine Schalendicke, die das 3- bis 4-fache des Düsendurchmessers beträgt, am besten für Teile geeignet, die einer starken und anhaltenden Belastung ausgesetzt sind. Die meisten 3D-Druckverfahren verwenden ein Standardminimum von etwa 1 mm Dicke. Durch Erhöhen wird jedoch die Zug- und Schlagfestigkeit verbessert. Detaillierte Informationen zur empfohlenen Dicke für andere 3D-Drucktechnologien finden Sie in unseren Designleitfäden.

Nachbearbeitung

Um die Festigkeit gedruckter Teile weiter zu erhöhen, können Sie auch die Nachbearbeitung in Betracht ziehen. Die folgenden Nachbearbeitungsvorgänge, die die Festigkeit von 3D-gedruckten Teilen erheblich erhöhen können.

Glühen

Glühen ist einfach ein Prozess, bei dem ein 3D-gedrucktes Teil erhitzt und allmählich abgekühlt wird, um die inneren Spannungen abzubauen, die zu einem härteren Teil führen. Während Metalle und Glas geglüht werden können, können nicht alle Polymere geglüht werden. Einige Materialien, die zum Glühen geeignet sind, sind PLA, PET und PA 12.

Galvanisieren

Galvanisieren ist eine Nachdrucktechnik, bei der das Teil in eine Lösung aus Wasser und Metallsalzen eingetaucht wird. Wenn Strom durch die Lösung geleitet wird, bilden Metallkationen eine dünne Beschichtung um das Teil. Diese Technik kann auf 3D-Teile von FDM-, SLS-, SLA- oder SCM-Druckern angewendet werden. Es verleiht dem Teil eine nahezu identische mechanische Eigenschaft wie Metallteile und ist somit eine weitaus billigere Alternative zum Metall-3D-Druck für verschiedene Anwendungen.

Jedoch, galvani teile sind immer noch kunststoff innen und so, wenn sie sind erhitzt, um eine höhere temperatur als die erweichung temperatur der innen kunststoff, dann die innere festigkeit ist verloren; auch als die außen metall nicht schmelzen. Zum Galvanisieren können verschiedene Metalle wie Zink, Chrom, Nickel, Kupfer usw. verwendet werden. Vor dem Galvanisieren ist es wichtig, das 3D-Teil zu grundieren, um eine leitfähige Oberfläche zu schaffen, auf der das Metall haften kann. Graphit wird üblicherweise für die Grundierung verwendet.

Harzbeschichtung

Epoxidharze oder Polyesterharze können zur Beschichtung von 3D-gedruckten Teilen verwendet werden. Epoxidbeschichtung ist eine unlösliche Oberflächenbeschichtung, die mit Epoxidfarbe erfolgt. Die Farbe enthält zwei Chemikalien; ein Epoxidharz und ein Härter. Die resultierende Beschichtung ist in der Regel haltbarer und zäher als unbeschichtete Teile. Eine Epoxidbeschichtung ist jedoch nicht geeignet, wenn extreme geometrische Genauigkeit und scharfe Kanten für das Teil erforderlich sind. Polyesterharze hingegen sind dünn und können über komplizierte Teile verteilt werden. Das Harz beginnt 5 Minuten nach dem Auftragen zu härten und benötigt normalerweise 24 Stunden, um vollständig zu trocknen. Die Harzbeschichtung kann von jedem Drucker auf jedes Teil aufgebracht werden.

Carbonfaserverstärkung

Carbon- oder Glasfasern können auch zur Verstärkung von 3D-Teilen verwendet werden. Kohlefaser hat ein ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und wird am besten für Teile verwendet, die unter Bedingungen konstanter Belastung verwendet werden. Im Gegensatz zu Kohlenstoff biegen sich Glasfasern bis zum Versagen. Die Fasern können auf zwei Arten laminiert werden:

  • Kurzfaserverstärkung

Bei diesem Verfahren werden die Fasern gehackt und mit dem Thermoplasten gemischt, um die Festigkeit und Steifigkeit zu verbessern

  • Endlosfaserverstärkung

Bei dieser Technik muss die Faser kontinuierlich in den Thermoplasten integriert werden, während er extrudiert und abgeschieden wird. Diese Technik erfordert zwei Düsen, um gleichzeitig zu drucken.

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