Industrielle Bauteile für den FDM-3D-Druck konstruieren: erste Checkliste

Bei der Konstruktion eines industriellen Bauteils für den 3D-Druck reicht es nicht aus, dass das Bauteil im CAD-Modell korrekt aussieht. Auch was das zu fertigende Bauteil tragen soll, wo es befestigt wird und in welcher Umgebung es eingesetzt wird, bestimmt die Geometrie. Beim FDM-Druck müssen aufgrund des schichtweisen Aufbaus außerdem die Druckausrichtung und dünne Bereiche des Bauteils gesondert bewertet werden. In diesem ersten Beitrag gehen wir auf die grundlegenden Fragen ein, die vor Beginn der Konstruktion beantwortet werden sollten.

Funktion und Belastung des Bauteils definieren

Beschreiben Sie zunächst die Funktion des Bauteils: Soll es ein Kabel führen, einen Sensor positionieren oder bei wiederholter Montage als Vorrichtung dienen? Halten Sie fest, ob das Bauteil dauerhaft oder nur zeitweise belastet wird, aus welcher Richtung die Kraft wirkt und ob es Vibrationen oder Stößen ausgesetzt ist. Sind diese Informationen nicht bekannt, sollten Sie aus der Konstruktion keine eindeutigen Aussagen zur Festigkeit ableiten. Bei kritischen Anwendungen sind ein Prototyp und eine Überprüfung unter realen Bedingungen erforderlich.

Die Druckausrichtung passend zur Funktion des Bauteils wählen

Da FDM-Bauteile schichtweise gefertigt werden, verändert sich auch die Schichtanordnung, wenn dasselbe Modell in unterschiedlichen Ausrichtungen gedruckt wird. Dünne Arme, Laschen oder Vorsprünge, bei denen die Belastung die Schichten voneinander trennen könnte, erfordern besondere Aufmerksamkeit. Prüfen Sie das Modell im Slicer in mehreren Ausrichtungen und bewerten Sie gemeinsam, wie die Schichtrichtung zur Belastung steht, ob Stützstrukturen erforderlich sind und wo sich die Funktionsflächen befinden. Eine einzige „beste Ausrichtung“, die für jedes Bauteil gilt, gibt es nicht.

Übergänge im Querschnitt und Verbindungspunkte prüfen

Stellen, an denen dünne Querschnitte abrupt in dickere Bereiche übergehen, die Umgebung von Schraubenlöchern und scharfe Innenecken sollten bei der Konstruktionsprüfung besonders beachtet werden. Wenn es die Geometrie zulässt, können weichere Übergänge und Formen, die die Belastung auf eine größere Fläche verteilen, in Betracht gezogen werden. Bei Schraub- oder Steckverbindungen sollten Sie sich nicht allein auf das Nennmaß verlassen: Drucktoleranz, Montageart und die Häufigkeit, mit der das Bauteil montiert und demontiert wird, beeinflussen die tatsächliche Passung. Kritische Verbindungen mit einem kleinen Testteil zu überprüfen, kann sinnvoll sein, bevor das gesamte Bauteil gedruckt wird.

Einsatzumgebung in die Materialauswahl einbeziehen

Temperatur, Sonnenlicht, Feuchtigkeit, Chemikalienkontakt und mögliche Abnutzung können die Materialwahl beeinflussen. Die Bezeichnung „industriell“ allein bedeutet nicht, dass ein Filament für alle Bedingungen geeignet ist. Klären Sie die tatsächliche Einsatzumgebung des Bauteils und die erforderlichen Eigenschaften. Geeignete Optionen finden Sie auf der Seite 3D-Druck mit technischen Materialien. Wie die Druckausrichtung mit der Festigkeit zusammenhängt, erfahren Sie auch in unserem Leitfaden über den Einfluss der Druckausrichtung auf die Bauteilfestigkeit.

Den ersten Druck als Validierungsschritt einplanen

Prüfen Sie vor der Fertigung die Maße, Montageabstände, Bereiche, die Stützstrukturen erfordern, und den Bewegungsraum des Bauteils innerhalb der Maschine. Der erste Druck kann insbesondere dazu dienen, kritische Maße und Verbindungen zu testen. Informationen dazu, wie Sie die Fertigungstauglichkeit Ihrer Datei beurteilen lassen können, finden Sie unter 3D-Druckservice. Für eine Kostenschätzung können Sie außerdem den 3D-Druck-Kostenrechner nutzen. In den nächsten Beiträgen dieser Reihe gehen wir näher auf die Druckausrichtung bei tragenden Bauteilen ein.