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Design Guidelines:

9 Design-Regeln für einen erfolgreichen 3D-Druck

  1. Wandstärken
  2. Bounding Box Größe
  3. Dateien mit mehreren Teilen
  4. Teilmodelle verbinden
  5. Herausstehende und eingravierte Details
  6. Spaltmaß
  7. Beweglich Teile und Passungen
  8. Escape Holes
  9. Thermischer Verzug

Unter Wandstärke versteht man die Distanz zwischen der inneren und der entsprechenden äußeren Oberfläche.

Wandstärken

Für einen Druck mit Lasersintern (SLS) oder im Extrusionsverfahren (FDM) sollten Wandstärken von 1,0 mm möglichst nicht unterschritten werden, bei Teilen ohne mechanische Belastung ist auch bei einer günstigen Geometrie bis 0,8 mm möglich. Bei den anderen von uns angebotenen Verfahren verklebter Gips oder verklebtes Acrylglas sollten die Wandstärken mindestens 2,0 mm betragen.

Im rechten Bild hat das Modell eine zusätzliche Wand, die für mehr Stabilität sorgt.

Eine günstige Geometrie wäre zum Beispiel wenn eine Wand die freistehend zu dünn ist von umgebenden Wänden gestützt wird. Generell sollten sie aber nicht die Mindestwandstärke unterschreiten, da die Wände sonst brechen können. Dies gilt insbesondere für tragende Wände, die essentiell für die Stabilität des Modells sind.

Sollte dein Modell Wände beinhalten, deren Wandstärke unterhalb dieser Werte liegen, dann versuche diese zu stärken oder dein gesamtes Modell durch Skalierung zu vergrößern. Alternativ kannst du auch Materialien ausprobieren, die eine niedrigere minimale Wandstärke verlangen.


Die Bounding Box ist die Box in x-, y-, z-Richtung, die das Modell komplett umfasst.

Bounding Box Größe

Der Bauraum des verwendeten Druckers stellt die größtmögliche Bounding Box für dein Modell dar.

Herstellungsverfahren Material Bauraum
Alumide-Sintern Alumide 19 cm x 23 cm x 30 cm
Extrudierter Kunststoff Thermoplastik ABS 20 cm x 20 cm x 15 cm
Kunststoff-Sintern Polyamid 30 cm x 30 cm x 40 cm
Kunstharz-Druck Kunstharz 20 cm x 20 cm x 20 cm
Verklebter Gips Gips 25 cm x 38 cm x 20 cm
Verklebter Kunststoff Acrylglas-Pulver 50 cm x 40 cm x 30 cm
Gummi-Sintern Thermo-PU 19 cm x 23 cm x 30 cm
Silber-Feinguss Silber 8 cm x 8 cm x 10 cm

Sollte dein Modell außerhalb dieser Begrenzungen liegen, kannst du versuchen durch Skalieren das Objekt zu verkleinern. Dabei solltest du aber die Mindestwandstärke und die Größe der Details im Auge behalten.

Das Entfernen einzelner hervorstehender Features kann die Bounding Box auch kleiner werden lassen. Ansonsten kannst du Materialen und Druckmethoden mit einer größeren Bounding Box ausprobieren.

Du kannst uns gerne kontaktieren wenn du ein besonders großes Projekt hast.


Technisch gesehen kann in einer Modelldatei mehr als ein Teil sein. Das kann jedoch Probleme für die Produktion verursachen.

Dateien mit mehreren Teilen

Es ist technisch möglich mehr als ein Teil in einer Modelldatei zu haben, aber das kann Probleme verursachen.

Eine sehr übliche Anwendung für mehrere Teile sind bewegliche Teile wie zum Beispiel die Glieder einer Kette oder Kugellager. Hier können sich die Teile zwar bewegen aber sie können nicht verloren gehen weil sie zusammenhängen. Für viele 3D-Druckmethoden funktioniert das ziemlich gut und es ist einer der interessanteren Vorzüge dieser additiven Herstellungsmethoden. Für einige Methoden funktioniert das aus technischen Gründen jedoch nicht (mehr Informationen weiter unten).

Manchmal werden Anordnungen von Teilen, die nicht zusammenhängen in eine Datei gepackt. Das kann verschiedene Gründe haben, zum Beispiel wenn man Teile zu einem vordefinierten Set zusammenpacken will.

Leider verursacht das häufig Probleme in der Produktion. Zunächst sind die Teile in der vordefinierten Anordnung oft nicht optimal für den 3D-Druck positioniert. Das kann negative Auswirkungen auf die Qualität der 3D-Druckes haben oder zu einer Verschwendung von Material und Maschinenkapazität führen. Zusätzlich wird das Handling der Teile beim Packen und Entpacken der Maschine, das Reinigen und Färben der separaten Teile und das Sortieren für den Versand sehr viel schwieriger und zeitraubender.

Daher müssen wir Modelldateien mit zu vielen nicht zusammenhängenden Teilen leider ablehnen.

Die Anzahl nicht-zusammenhängender Teile pro Datei, die mit noch vertretbarem Aufwand bearbeitet werden können hängt stark von Methode und Material ab:

Herstellungsverfahren Material Max. Anzahl Teile
Alumide-Sintern Alumide 1
Extrudierter Kunststoff Thermoplastik ABS 10
Kunststoff-Sintern Polyamid 1
Kunstharz-Druck Kunstharz 1
Verklebter Gips Gips 2
Verklebter Kunststoff Acrylglas-Pulver 2
Gummi-Sintern Thermo-PU 1
Silber-Feinguss Silber 1

Es ist möglich mehrere Teile zu verbinden um für die Produktion ein Gesamtteil zu erzeugen. Das funktioniert allerdings nur, wenn die Verbindungen stabil genug sind und die Teile mit ausreichend Abstand positioniert werden.

Teilmodelle verbinden

Da Dateien mit mehreren Teilmodellen Probleme in der Produktion verursachen können, kann es eine gute Idee sein, die Teile mit Streben zu verbinden. Allerdings müssen die Streben stabil genug sein, damit die Teile nicht abbrechen oder verloren gehen.

Die Streben müssen für Polyamid-3D-Drucke mindestens 2,0 mm dick sein. Für schwerere, zerbrechlichere oder größere Teile oder falls die Streben eher lang sind werden die Hebelkräfte größer und die Streben müssen dicker sein. Daher empfehlen wir eine Dicke von 3,0 mm. Bei zerbrechlicheren Materialien bei denen generell eine größere Wandstärke benötigt wird müssen auch die Streben dicker sein.

Es werden mindestens 2 stabile Verbindungen pro Teil benötigt. Für schwerere, zerbrechlichere oder größere Teile werden mehr Verbindungen benötigt. Daher empfehlen wir 4 Verbindungen oder mehr zu haben.

Bitte positioniere die verbundenen Teile außerdem mit ausreichend Abstand zwischen benachbarten Wänden, mindestens 3,0 mm, damit genug Platz vorhanden ist um Restmaterial einfach entfernen zu können. Bitte vermeide bei der Positionierung auch Verschachtelungen.

Warum ist das so wichtig?

Das wird beim Betrachten unseres Prozesses klarer, zum Beispiel für Lasersintern. Die Druckmaschine wird mit vielen Teilen von unterschiedlichen Bestellungen bestückt. Sobald der 3D-Druckprozess abgeschlossen ist müssen die Teile auskühlen und aus dem Pulverbett gehoben werden. Dann muss das überschüssige Pulver entfernt und die Oberfläche gereinigt werden. Hierzu wird Absaugen, Druckluft und Glasperlenstrahlen eingesetzt. Später müssen die verschiedenen Teile identifiziert und sortiert werden und es werden gegebenenfalls weitere Oberflächenbearbeitungen wie Färben oder Schleifen angewendet. Für gefärbte Polyamidteile führt Restpulver zu einer qualitativ schlechten Färbung und kann das Färbebad verunreinigen. Daher ist das Entfernen von Restpulver hier besonders wichtig.

Die Identifikation der Teile kann wirklich knifflig sein, besonders wenn es mehrere Teilmodelle in einer Datei gibt, aber wenn Verbindungsstreben während des Prozesses brechen, dann wird die Identifikation schier unmöglich. Deshalb ist es sehr wichtig, dass die Verbindungen den gesamten Prozess überstehen.

Bitte beachte, dass neben dem Gewicht der Teile selbst die Verbindungen beim Herausheben aus dem Pulverbett auch das Gewicht des überschüssigen Pulvers tragen müssen und dass beim Reinigen der Teile Druckluft mit 4 bar eingesetzt wird.

Wenn Verbindungen brechen, können die Teile den Bestellungen nicht zugeordnet werden und gehen verloren. Das bedeutet mehr Arbeit und verspätete oder unvollständige Lieferungen für unsere Kunden.

Zusätzlich kann es sein, dass die relative Positionierung der verbundenen Teile für den 3D-Druck nicht optimal ist. Daher empfehlen wir für die beste Qualität die Teile separat zu bestellen.


Details beschreiben besonders feine Elemente in deinem Modell.

Herausstehende und eingravierte Details

Ein typisches Beispiel für solche Details sind Schriftzüge. Damit die Details erfolgreich abgebildet werden können und nicht bei der Produktion oder dem Transport abbrechen, sollte die Dicke der Details nicht zu klein gewählt werden.

Die Höhe oder Tiefe für eingekerbte oder erhabene Texte sollte in einer Größe liegen, sodass sie nicht zu flach sind um gut sichtbar zu sein aber gleichzeitig sollten sie nicht zu sehr vorstehen damit sie nicht leicht abbrechen.

Für Texte auf Modellen empfehlen wir diese minimalen Werte für Linienbreite und Höhe oder Tiefe:

Herstellungsverfahren Material Linienbreite Höhe / Tiefe
Alumide-Sintern Alumide 1,0 mm 1,0 mm
Extrudierter Kunststoff Thermoplastik ABS 1,5 mm 1,0 mm
Kunststoff-Sintern Polyamid 0,8 mm 0,8 mm
Kunstharz-Druck Kunstharz 0,6 mm 0,6 mm
Verklebter Gips Gips 0,8 mm 0,6 mm
Verklebter Kunststoff Acrylglaspulver 0,4 mm 0,4 mm
Gummi-Sintern Thermo-PU 2,5 mm 2,5 mm
Silber-Feinguss Silber 0,4 mm 0,4 mm

Falls die Höhe oder Tiefe deutlich größer ist, gelten die normalen Limitierungen für Wandstärken.

Wenn die Details doch kleiner sind, solltest du versuchen, diese Details zu vergrößern (z.B. über die Schriftgröße), sie zu entfernen oder dein Modell durch Skalierung insgesamt zu vergrößern. Alternativ kannst du auch Druckmethoden ausprobieren, die solche Details besser wiedergeben.


Als Spaltmaß bezeichnet man den Abstand zwischen zwei benachbarten Bauteilen.

Spaltmaß

Zwischen den verschiedenen Bauteilen Deines Modells sollte ein Mindestabstand von 2,0 mm eingehalten werden, da diese sonst während des Druckprozesses miteinander verschmolzen werden könnten. Löcher werden dann nicht oder nur angedeutet abgebildet.

Selbst wenn die Teile nicht verschmelzen kann es vorkommen, dass kleine Spalte und Löcher durch Restmaterial verstopft sind. Das kann auch die Qualität der Färbung verschlechtern.

Wenn Du sicher gehen willst, dass kaum Restmaterial in den Löchern und Spalten zurückbleibt, empfehlen wir in diesem Fall für Spalte wenigstens 3,0 mm einzuplanen.

Sollte dein Modell diese Bedingungen nicht erfüllen, kannst du die Abstandsmaße weiter konstruieren oder dein gesamtes Modell durch Skalierung vergrößern.


Wenn du zwei Bauteile konstruierst, die ineinander greifen sollen bezeichnet man deren Beziehung als Passung.

Beweglich Teile und Passungen

Dabei gilt es gewisse Konstruktionsrichtlinien einzuhalten. Damit zwei Bauteile ineinander passen muss der Innendurchmesser größer sein als der Außendurchmesser. Zumeist reicht dass der Unterschied zwischen Innendurchmesser und Außendurchmesser 0,5mm bis 1mm beträgt. Bauteile bei denen der Innendurchmesser dem Außendurchmesser entspricht können nicht ineinander gesteckt werden.

Nicht alle Methoden sind für bewegliche Teile geeignet.

Diese Methoden und Materialien sind geeignet oder teilweise geeignet für bewegliche Teile:

  • Kunststoff-Sintern (Polyamid, weiß, gefärbt)
  • Alumide-Sintern (Alumide)
  • Extrudierter Kunststoff (Thermoplastik ABS)
  • Verklebter Gips (Gips)
  • Verklebter Kunststoff (Acrylglas-Pulver)
  • Gummi-Sintern (Thermo-PU)

Diese Methoden und Materialien sind für bewegliche Teile nicht geeignet:

  • Kunstharz-Druck (Kunstharz)
  • Silber-Feinguss (Silber)


Escape Holes ermöglichen es unbenutztes Material aus dem Hohlraum deines Modells zu entfernen.

Escape Holes

Solltest du solche Zugangslöcher nicht mit einplanen, kann das den Preis für dein Modell in die Höhe treiben, weil wir das eingeschlossene Restmaterial nicht wiederverwenden können. Bei größeren Modellen empfehlen wir, mehrere solcher Escape Holes einzuplanen. Falls nur ein Escape Hole vorhanden ist, sollte es mindestens 10 mm im Durchmesser sein.

Die Hohlräume sollten einfach zugänglich sein, damit das Restmaterial leicht entfernt werden kann. Also konstruiere bitte keine Modelle mit der Form eines Labyrinths oder eines Schneckenhauses.

Sollten die Escape Holes deines Modells zu klein sein, so kannst du versuchen den Lochdurchmesser zu vergrößern oder dein gesamtes Modell größer zu skalieren. Auch kannst du weitere Escape Holes hinzufügen oder die Hohlräume ganz entfernen.


Der Verzug von Bauteilen durch Temperaturunterschiede im Material wird als Warping bezeichnet.

Thermischer Verzug

Besonders lange und dünne Bereiche können von Verzug betroffen sein. Wir empfehlen daher, solche Flächen wenn möglich zu vermeiden. Thermischer Verzug kann besonders beim Laser-Sintern (SLS) auftreten, da hier durch den Laser während des Aufschmelzens des Materials hohe Temperaturen erreicht werden.

Um Verzug-Effekte zu vermeiden kannst du die Wandstärken der betreffenden Bereiche vergrößern oder Stützstreben einfügen.

Wir empfehlen außerdem eine Kombination aus sehr dünnen und sehr dicken Strukturen in einem Teil bei einer Fertigung mit Laser-Sintern möglichst zu vermeiden. Der Grund ist, dass der Laser in die dicken Strukturen mehr Hitze einbringt als in die dünnen Strukturen, da der Laser dort mehr Material für eine längere Zeit verschmilzt. Auch die Temperaturdifferenz kann zu einem Verzug des Teiles führen.

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