3D-Druck für komplexe Vorrichtungen, Befestigungen und andere Werkzeuge
Additive Fertigung ist eine hervorragende Ergänzung oder Alternative zur CNC-Bearbeitung bei der Herstellung unregelmäßiger, komplizierter oder kleinerer Vorrichtungen und Befestigungen
Die meisten Hersteller verwenden Vorrichtungen und Befestigungen – und zwar aus gutem Grund. Denn damit lässt sich die Genauigkeit, Präzision, Zuverlässigkeit und Austauschbarkeit von Fertigteilen erhöhen. Bislang wurden Vorrichtungen und Befestigungen CNC-gefertigt, allerdings wird der industrielle 3D-Druck (additive Fertigung) für solche Arbeiten immer beliebter. Entscheidend ist, welche Technologie für eine bestimmte Anwendung besser geeignet ist.
Grundsätzlich gilt: Lässt es sich per 3-Achsen-CNC fertigen, so ist dies die beste Lösung. CNC-gefertigte Vorrichtungen haben für gewöhnlich eine bessere Oberflächenqualität, bestehen aus härteren Materialien und erreichen eine höhere Präzision. Darüber hinaus sind die Kosten und die Durchlaufzeiten bei kleineren Stückzahlen in etwa so hoch wie beim 3D-Druck.
Für Vorrichtungen und Befestigungen mit unregelmäßigen oder komplexen Formen kann der 3D-Druck jedoch eine hervorragende Ergänzung oder Alternative zur maschinellen Bearbeitung sein, insbesondere bei kleineren Werkzeugen. Teile, die sich nur schwer (oder gar nicht) CNC-fertigen lassen, können in vielen Fällen im 3D-Druck hergestellt werden. Wenn Sie mehrteilige Vorrichtungen und Befestigungen benötigen, kann der 3D-Druck die kostengünstigere Lösung sein.
Protolabs bietet fünf verschiedene 3D-Drucktechnologien an und zeigt damit ausdrücklich, dass sich bei Fertigungslösungen der Vergleich verschiedener Technologien lohnt. Werfen wir einen Blick auf diese Optionen, um die beste Lösung für jede einzelne Vorrichtung/Befestigung zu finden.
| WIESO 3D-GEDRUCKTE VORRICHTUNGEN UND BEFESTIGUNGEN?? |
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Stereolithographie (SLA) ist eine beliebte Wahl für Vorrichtungen und Befestigungen
Die im SLA-Verfahren hergestellten Teile bieten zwar eine exzellente Oberflächengüte für die endgültigen Komponenten, aber die Materialien haben in der Regel eine begrenzte Festigkeit und Haltbarkeit, so dass die Technologie nicht die erste Wahl für solche Anwendungen ist.
Selektives Lasersintern (SLS) ist für größere Werkzeuge geeignet, Multi Jet Fusion gewinnt an Bedeutung
SLS wird vor allem für größere Vorrichtungen und Befestigungen verwendet und ist eine kostengünstige Lösung. Das SLS-Verfahren erzeugt haltbare und präzise Vorrichtungen und Befestigungen, die wesentlich stabiler und langlebiger sind als mit SLA hergestellte Vorrichtungen. SLS erlaubt auch ein größeres Bauvolumen, allerdings haben die Teile eine rauere Oberfläche und es fehlt an Detailgenauigkeit. Wenn die Oberflächenrauheit ein Kriterium ist, kann sie durch eine Nachbearbeitung, wie z. B. Vapour Smooth, erheblich verbessert werden.
SLS-Designs sollten konsistente Wandstärken und Radien an den Innen- und Außenecken aufweisen, damit sich das Material nicht verzieht und die Maßgenauigkeit gewährleistet ist. Die erwarteten Toleranzen bei gut konzipierten Teilen liegt typischerweise bei ±0,2 mm sowie +0,002 mm pro mm. Weitere Informationen dazu finden Sie in unseren SLS-Designrichtlinien.
MJF wird für die Fertigung von Vorrichtungen und Befestigungen immer beliebter. Das MJF-Verfahren erzeugt innerhalb eines Tages funktionstüchtige Nylon-Prototypen und Serienteile für die Endnutzung. Die endgültigen Teile besitzen eine hohe Oberflächenqualität, feine Details und konsistentere mechanische Eigenschaften als z. B. beim SLS-Verfahren. (SLS erreicht jedoch eine höhere Genauigkeit bei kleinen Merkmalen). MJF-Teile sind in der Regel kleiner als solche, die mit SLS gefertigt werden können, da größere Teile (über 200 mm) anfällig für Verformungen sind.
Beim MJF-Design ist es wichtig, einheitliche Wandstärken und Radien an den Innen- und Außenecken zu haben, um Materialverformungen zu vermeiden und die Maßgenauigkeit zu gewährleisten. Bei gut konzipierten Teilen können in der Regel Toleranzen von ±0,25 mm (Ultrasint™ TPU-01: ±0,30 mm) sowie ±0,002 mm pro mm erreicht werden. Die Toleranzen variieren in Abhängigkeit von der Teilegeometrie.
Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) für Langlebigkeit
Mit DMLS gefertigte Vorrichtungen sind sehr robust (nahezu vollständig dicht), allerdings sind DMLS-Oberflächen tendenziell rau und die Durchlaufzeiten länger, da für bestimmte Anwendungen zusätzliche Nachbearbeitungsschritte erforderlich sind.
Auch für DMLS haben wir einige Designüberlegungen angestellt. Es empfiehlt sich, zusätzliches Material hinzuzufügen, wenn Sie schrittweise zu größeren Querschnitten übergehen: Teile, die nur minimale Unterstützung benötigen, verbessern die Qualität der Teile. Achten Sie beim Entwurf von selbsttragenden Elementen darauf, dass der Winkel nicht weniger als 45 Grad beträgt.
Große Überhänge können die Detailgenauigkeit beeinträchtigen oder ein Zusammenbrechen der Konstruktion zur Folge haben. Zudem sind tropfen- oder rautenförmige Kanäle kreisförmigen Kanälen und Löchern vorzuziehen, da sie eine gleichmäßigere Oberflächenqualität ergeben und einen maximalen Kanaldurchmesser ermöglichen. Eine Brücke ist eine flache, nach unten gerichtete Fläche, die von zwei oder mehr Elementen getragen wird. Der empfohlene minimal zulässige freitragende Abstand beträgt 2 mm.
Für sorgfältig entworfene Teile mit einer vorgegebenen Baurichtung werden in der Regel Toleranzen von ±0,1 mm bis ±0,2 mm sowie 0,005 mm pro mm erwartet und erreicht.
Abschließende Überlegungen beim 3D-Druck von Vorrichtungen und Befestigungen
Es ist sinnvoller, steifere und stabilere Vorrichtungen und Befestigungen zu erzeugen. Daher sollten Sie bei Ihren Entwürfen den Grundsatz berücksichtigen, dass 3D-gedruckte Teile typischerweise in der X- und Y-Ebene und nicht in der Z-Baurichtung am belastbarsten sind. Beachten Sie auch, dass die Toleranzen je nach Teilegeometrie variieren können. Auch hier gilt:Kann ein Teil per 3-Achsen-CNC gefertigt werden, so ist dies die beste Lösung..
Wenden Sie sich bei Fragen oder Problemen an einen Anwendungstechniker von Protolabs. Gerne besprechen wir weitere Optionen und beraten Sie. Sie erreichen uns telefonisch unter +49 (0) 89 90 5002 0 oder per E-Mail unter [email protected].