Aufgrund der Natur der additiven Fertigung werden beim 3D-Druck feste Teile Schicht für Schicht geformt, aber was passiert, wenn die vorherige Schicht keine neue Materialschicht tragen kann? Um diese Schichten zu halten und ein Verziehen und Kollabieren zu verhindern, sind Stützstrukturen für den 3D-Druck erforderlich. Ob jedoch 3D-Druckunterstützungen verwendet werden sollen, hängt von der spezifischen 3D-Drucktechnologie und der Komplexität der Teilegeometrien ab. Es ist wichtig, die Stützstrukturen zu berücksichtigen, bevor Sie sich für die 3D-Drucktechnologie entscheiden. Ein Hauptgrund dafür ist, dass 3D-gedruckte Träger einen großen Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit des Endteils haben, was sich auch auf Toleranzen und mechanische Eigenschaften auswirken kann. Das Entfernen von Stützstrukturen ist eine notwendige Aufgabe und erhöht oft die Zeit bei der Nachbearbeitung. Daher ist es wichtig, vor Beginn Ihres Projekts über 3D-Druck-Unterstützung nachzudenken.
Teil 1. Was unterstützt der 3D-Druck?
Der 3D-Druck gilt als eine der effektivsten Möglichkeiten, komplexe Teile herzustellen und dabei das Originaldesign so gut wie möglich darzustellen. Wenn man von komplexen Strukturen spricht, sind überhängende Strukturen und Brückenkonstruktionen weit verbreitet. Wenn Sie also die 3D-Modelle mit einer Slicer-Software zerlegen , stellen Sie möglicherweise fest, dass einige komplexe Strukturen zusätzliche Stützen benötigen, um einen erfolgreichen Druck sicherzustellen. Daher sind 3D-Druck-Stützstrukturen die zusätzlichen Teile zur Unterstützung dieser komplexen Strukturen. Es klingt einfach, oder? Sie müssen lediglich Stützen am Slicer anbringen. Allerdings können unterschiedliche Probleme auftreten, wenn Sie unterschiedliche 3D-Drucktechnologien verwenden , insbesondere FDM, SLA, SLM. Lassen Sie uns herausfinden, welche 3D-Drucktechnologien Stützstrukturen erfordern.
Teil 2. Welche 3D-Drucktechnologien erfordern Stützstrukturen?
FDM, SLA und Metall-3D-Druck erfordern Stützstrukturen. Wir erklären, warum diese 3D-Drucktechnologien in manchen Fällen Unterstützung benötigen.
1. FDM
FDM, auch bekannt als Fused Deposition Modeling, extrudiert Materialien aus der Düse und bildet Schicht für Schicht eine feste Oberfläche. Jede Schicht wird basierend auf der vorherigen Schicht gedruckt. Normalerweise gibt es Überhänge, aber ob die Überhänge die Strukturen tragen können, hängt von der Härte und Steifigkeit des Druckmaterials ab. Das heißt, wie weit die Überstände überstehen können, hängt von der Steifigkeit des Druckmaterials ab. Es kann jedoch vorkommen, dass das Material, egal um welches Material es sich handelt, das Gewicht und den Winkel der Überhangstruktur nicht tragen kann, was zu einer Verformung oder einem Einsturz führt. Es gibt eine Faustregel, die den Bau einer Überhangstruktur zulässt, solange der Winkel weniger als 45 Grad beträgt. An diesem Punkt können Modelle erfolgreich gedruckt werden, indem diese Regel befolgt wird. Wenn Ihr Modell ohne 3D-Druckstützen mit einem Überhang von mehr als 45 Grad gedruckt wird, können Ihre Drucke ruiniert werden.
Außerdem gibt es eine Ausnahme, nämlich Bridge. Eine Brücke ist die gestreckte kurze Distanz zwischen zwei Punkten eines Drucks, die es ermöglicht, Teile ohne Stützen zu drucken. Bitte beachten Sie jedoch, dass eine Brücke weniger als 5 mm lang sein sollte, da sonst Stützkonstruktionen erforderlich sind.
2. SLA
Bei der Stereolithographie (SLA) werden Objekte mit flüssigen Harzen geformt, indem das Material mithilfe von UV-Laserlicht verfestigt wird. Um sicherzustellen, dass die 3D-gedruckten Teile am Druckbett haften und nicht schweben oder sich verformen, verwendet SLA fast immer Stützen. Sie können für Ihre Teile mehrere Stützen verwenden, sodass diese Stützen wie Rippen aussehen. Stützen berühren die tatsächlichen Teile an verschiedenen Stellen und in unterschiedlichen Winkeln und werden meist durch die Form, Ausrichtung und das Gewicht der Teile bestimmt. Wie viele Stützstrukturen werden vom Software-Slicer berechnet? Da SLA eine der genauesten 3D-Drucktechnologien ist, um komplexe und komplizierte Teile mit hoher Präzision herzustellen. Und diese kleinen Stützen können mit einer speziellen Nachbearbeitung problemlos entfernt werden und beeinträchtigen nicht die Gesamttoleranz Ihres endgültigen Objekts.
3. SLM
SLM ist eine der wichtigsten Metall-3D-Drucktechnologien zur Herstellung von Metallteilen. Dabei wird ein hochenergetischer Laser eingesetzt, um eine selektive Zone zu schmelzen und das Material Schicht für Schicht miteinander zu verbinden. Es handelt sich um eine Technologie, die Stützstrukturen benötigt, damit die Modelle während des Druckens auf der Bauplatte fixiert bleiben können. Wenn der Überhang Ihres Teils außerdem mehr als 35 Grad beträgt, können Ihre Teile ohne Stützen gedruckt werden. An manchen Stellen müssen Sie jedoch sorgfältig über die Stützstrukturen beim 3D-Druck nachdenken, da diese ein Albtraum sein können und bei der Nachbearbeitung nicht entfernt werden können. Denn wenn sich die Stützen an den langen und schmalen Stellen befinden, ist es unmöglich, sie zu erreichen und zu entfernen. Mit geeigneten Stützstrukturen und Nachbearbeitung können Stützstrukturen jedoch problemlos entfernt werden, ohne dass die Präzision und die Gesamtqualität Ihrer Endteile dadurch beeinträchtigt werden
4. SLS / MJF
Selektives Lasersintern (SLS) und Multi Jet Fusion (MJF) sind zwei Technologien, die während des gesamten Druckprozesses keine Stützstruktur erfordern. Da beide Technologien das Kunststoffpulver Schicht für Schicht verschmelzen und binden, können sie Pulver als Stützstruktur nutzen. Der Hauptunterschied zwischen SLM besteht darin, dass sowohl SLS als auch MJF das Material nicht schmelzen, was bedeutet, dass die Schmelztemperatur völlig unterschiedlich ist. Das Drucken hohler Teile mit SLS oder MJF wird jedoch nicht empfohlen, da es äußerst schwierig ist, das interne, nicht geschmolzene Pulver zu reinigen. Stellen Sie sicher, dass das austretende Loch bei Bedarf so groß wie möglich ist.
Teil 3. Wann brauchen Sie sie?
Im Allgemeinen gibt es zwei Situationen, in denen Ihr 3D-Modell Stützstrukturen benötigt: Überhang und Brücke. Wenn Ihre Designs Überhänge oder Brücken enthalten, ist das Hinzufügen von 3D-Druckstützen erforderlich, um einen erfolgreichen Druck sicherzustellen.
Überhänge
Wie oben erwähnt, benötigen nicht alle Überhangstrukturen Stützen, und wir folgen der Faustregel: Wenn der Überhang weniger als 45 Grad von der Vertikalen beträgt, ist es möglich, den Überhang ohne Stützstrukturen zu drucken.
3D-Drucker nutzen winzige horizontale Versätze zwischen aufeinanderfolgenden Schichten. Daher deckt eine Schicht die vorherige Schicht nicht perfekt ab, sondern wird mit einem sehr geringen Versatz gestapelt, sodass der Drucker Überhänge drucken kann, die nicht zu weit von der Vertikalen abweichen. Alle vorherigen Schichten können die nächste Schicht tragen, wenn diese unter 45 Grad liegt. Als Grenze gelten 45 Grad.
Schauen Sie sich die Y- und T-Zahlen an. Der Überhangwinkel des Buchstabens Y beträgt weniger als 45 Grad gegenüber der Vertikalen. Es steht Ihnen frei, den Buchstaben Y auch ohne 3D-Druck-Stützstrukturen erfolgreich zu drucken. Der Buchstabe T hingegen bildet mit der Vertikalen einen Winkel von 90 Grad. Das bedeutet, dass Sie zum Drucken Stützstrukturen verwenden müssen. Andernfalls entsteht ein instabiles T mit sich verziehenden Strukturen.
Brücke
Es gibt noch eine weitere Situation, in der 3D-Druck-Stützstrukturen erforderlich sind, wenn es Brücken gibt. Da wir besprochen haben, was eine Brücke im 3D-Druck ist, sehen wir uns nun weitere Erklärungen an, wenn Ihr 3D-Design Brücken enthält. Ebenso benötigen nicht alle Brücken Stützen. Als Faustregel gilt: Wenn die Länge einer Brücke weniger als 5 mm beträgt, können 3D-Drucker sie ohne Verwendung von 3D-Druck-Stützstrukturen drucken.
Bridging ist die Technik zum Aufbau solcher Strukturen. Es dehnt das heiße Material über eine kurze Distanz und schafft es, es mit minimalem Durchhängen zu drucken. Wenn es also um eine Länge von mehr als 5 mm geht, ist es nicht möglich, das ursprüngliche Design darzustellen. Bitte denken Sie daran, dass 45 Grad nur eine Faustregel sind. Die meisten Bedingungen hängen von der Leistungsfähigkeit Ihres Druckers und der Materialleistung ab. Wenn Drucker und Materialien für bestimmte Fälle nicht geeignet sind, können Überhänge in einem Winkel von mehr als 35 Grad zur Vertikalen möglicherweise nicht gedruckt werden. Es ist ratsam, den Druck von Überhang und Brücke umfassend in Betracht zu ziehen. Bevor Sie mit der Druckaufgabe beginnen, sollten Sie testen, ob Überhänge erfolgreich gedruckt werden können oder nicht. Der Test kann mit dem Massive Overhang Test-Modell von Thingiverse durchgeführt werden. Sie können den maximalen Winkel der Überhänge ermitteln und nicht die Druckstützen verwenden. Sie können entscheiden, welche Teile Unterstützung benötigen und welche nicht.
Teil 4. Wie erstellt man 3D-Druckstützen?
Aufgrund der Geometrie des Designs, der Modellstabilität usw. ist es unvermeidlich, Stützstrukturen für den 3D-Druck zu verwenden. Die Erstellung von Stützstrukturen für Ihr Teil sollte eine Möglichkeit sein, das Design zu optimieren, nicht zu viel Material zu verschwenden und das endgültige Teil nicht zu beschädigen. Die Methodik zur Erstellung von 3D-Druck-Stützstrukturen zählt! Und in den meisten Fällen hilft Ihnen die Slicer-Software dabei, das Problem des Hinzufügens und Druckens von Stützen zu lösen. Hier sind einige Tipps zum Hinzufügen von 3D-Druck-Unterstützungen mit einem der gängigsten und beliebtesten Slicer – Cura:
1. Wählen Sie die geeigneten Stützgeometrien aus
Hauptsächlich sind die Arten von Stützstrukturen linear (Akkordeon) und baumartig. Die lineare 3D-Druckunterstützung besteht aus vertikalen Säulen, die den Überhang vollständig berühren. Dies ist eine vielseitige Methode für jeden Überhang und jede Brücke. Der Nachteil der Verwendung einer linearen Stützstruktur besteht darin, dass sie schwer zu entfernen ist und die Oberflächenbeschaffenheit beschädigen kann.
Die baumartige Stütze berührt den Überhang nur an bestimmten Stellen, was für nicht flache Überhänge wie Nasenspitze, Fingerspitze oder Bögen geeignet ist. Es ist einfacher zu entfernen, aber Sie sollten auf die Stabilität des Modells achten, wenn Sie baumartige 3D-Druck-Stützstrukturen verwenden.
2. Verwenden Sie automatisch generierte 3D-Druck-Unterstützungsstrukturen
Sie fragen sich vielleicht, wie Sie herausfinden können, welcher Teil Ihres Designs unbedingt zusätzliche Unterstützung benötigt? Professionelle 3D-Drucker-Slicer wie Cura machen die Sache einfach! Importieren Sie das 3D-Modell in Cura und platzieren Sie es auf der virtuellen Bauplatte. Konzentrieren Sie sich dabei auf die rot hervorgehobenen Teile, die auf instabile Strukturen hinweisen. Diese roten Teile deuten darauf hin, dass Sie möglicherweise Stützen darunter anbringen müssen. Befindet sich der rote Teil jedoch unten am Modell, können Sie ihn einfach weglassen, da er beim Drucken die Bauplatte berührt. Die Bauplatte kann dies unterstützen. Um herauszufinden, ob irgendwo in Ihrem Modell noch Unterstützung benötigt wird, können Sie das Kontrollkästchen „Unterstützung generieren“ im Abschnitt „Unterstützung“ aktivieren. Und denken Sie daran, die Ebenenansicht zu wählen, damit Sie genau sehen können, wo sich die Stützen befinden.
3. Legen Sie die Platzierung der Stützstrukturen fest
Nachdem Sie die Unterstützung für Ihr Modell aktiviert haben, können Sie sehen, dass es im Abschnitt „Unterstützung“ eine Einstellung für die Platzierung gibt. Zur Positionierung der Stützstruktur stehen zwei Platzierungsoptionen zur Verfügung, darunter „Everywhere“ und „Touching Build Plate“. Überall ist die Standardeinstellung in Cura. Wenn Sie „Überall“ wählen, versucht der Slicer, Strukturen dort zu errichten, wo sie Unterstützung benötigen. In den meisten Fällen handelt es sich um eine vielseitige und gängige Methode zur Erstellung von Stützstrukturen, da sie Ihrem Design weitgehend Stabilität verleiht. Der Nachteil besteht darin, dass Everywhere nicht für komplexe und komplizierte Teile geeignet ist, da das gesamte Teil möglicherweise von Stützen umgeben ist. Wenn Ihr Teil äußerst kompliziert ist, sollten Sie daher die Verwendung der Touching Build Plate für die Platzierung in Betracht ziehen.
4. Verbessern Sie die Oberflächenrauheit durch die Aktivierung des Stützdachs
3D-Druckstützen werden immer unter der Oberfläche der Überhänge platziert, wodurch ein wenig die Glätte der Oberfläche verloren geht. Hilfreich ist die versteckte Einstellung Enable Support Roof. Das Stützdach hat keinen allzu großen Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit, da es eine dichte Haut auf der Oberseite der Stützkonstruktionen darstellt, und Sie erhalten eine bessere Oberflächenqualität, wenn Sie es verwenden. Der Grund dafür, dass es sich um eine versteckte Einstellung handelt, liegt darin, dass sie nicht häufig gewählt wird und nur dann verwendet wird, wenn die Oberflächenbeschaffenheit des Überhangs für die endgültige Anwendung Ihres Teils am wichtigsten ist. Die Stützstruktur ist viel schwieriger zu entfernen, wenn Sie „Stützdach aktivieren“ verwenden.
5. Unterstützt die X/Y-Abstandseinstellung
Manchmal besteht die Sorge, dass die Außenwand der Stützstruktur beschädigt werden könnte, wenn der Abstand zwischen ihnen zu gering ist. Sie können die versteckte Funktion „Support X/Y Distance“ verwenden. In Cura können Sie den Mindestabstand zwischen der vertikalen Wand und einer Stützstruktur über den Stütz-X/Y-Abstand steuern. Sie können den Abstand vergrößern, um Schäden an der Wand zu vermeiden oder die Oberfläche zu glätten. Wenn jedoch keine kleinen Überstände aus der Wand herausragen, sollten Sie den Abstand verringern, anstatt ihn zu vergrößern, da die Überstände sonst an Halt verlieren.
6. Z-Abstandseinstellung
Die Z-Abstandseinstellung erleichtert das Entfernen der 3D-Druck-Stützstrukturen. Sie können weniger Verbindungen zwischen der Ober- und Unterseite der Stützstruktur herstellen. Der Standardeinstellungswert ist derselbe wie die Ebenenhöhe. Wenn Sie steifes Material haben und sich die Stützen nicht leicht lösen lassen, erhöhen Sie den Wert basierend auf der Schichthöhe. Allerdings ist der Z-Abstand nicht für alle Bedingungen geeignet. Beispielsweise ist ein Z-Abstand von 0,2 mm zu viel für den Druck eines Modells mit einer Schichthöhe von 0,1 mm, während ein Z-Abstand von 0,1 mm nicht ausreicht.
7. Wählen Sie das richtige Muster aus
Cura liefert sieben Muster zur Bildung von Stützstrukturen für den 3D-Druck. Um Dimensionsstabilität und ein einfaches Entfernen des endgültigen Teils zu gewährleisten, sollten Sie über Support Pattern das richtige Muster auswählen. Es gibt sieben Muster, darunter Zick-Zack, Dreiecke, Linien, Gitter, Konzentrisch, Konzentrisch 3D und Kreuz, bei denen Zick-Zack die beste Balance zwischen Stärke und einfacher Entfernung bietet. Sie können es entsprechend den komplexen Geometrien, Materialien usw. Ihrer Stützen auswählen.
Teil 5. Wie entferne ich 3D-gedruckte Stützen?
1. Positionierung der Stützstrukturen
Die Stützstrukturen sind leicht zu erkennen und können leicht zerstört werden. Bitte gehen Sie beim Manövrieren mit den Fingern vorsichtig vor und zerbrechen Sie nicht den echten Teil Ihres Modells.
2. Werkzeuge sind hilfreich.
Einige Teile der Stützstrukturen lassen sich nur mit den Händen nur schwer entfernen. Hilfsmittel wie eine Spitzzange, ein Messer oder ein Schaber sind hilfreich. Und Sie können alle diese Werkzeuge kombinieren, um den harten und steifen Teil zu entfernen. Sie können das Modell oder die Klinge auch erhitzen, um die Stützen sanft zu entfernen. Bitte denken Sie daran: „Spielen Sie nicht mit Messer oder Feuer“!
3. Verwenden Sie Schleifpapier
Möglicherweise stellen Sie immer noch fest, dass winzige Stützen aus der Oberfläche herausragen, nachdem Sie die oben genannten Reinigungs- und Entfernungsmethoden angewendet haben. Sandpapier ist genau das Richtige für Sie! Zur Entfernung von Stützstrukturen empfehlen wir das Schleifen mit Schleifpapier mit hoher Körnung von 220 bis 1200. Außerdem kann es die Oberflächenbeschaffenheit Ihres Modells polieren. Tragen Sie gleichzeitig Wasser auf und schleifen Sie das Teil, bis die gewünschte Oberflächenqualität erreicht ist.
4. Auflösen ist die zusätzliche Option.
Einige Drucker verfügen über zwei Extruder, sodass Sie zum Drucken des Modells und der Stützstrukturen unterschiedliche Materialien verwenden können. Verwendung von wasserlöslichem Material oder Limonen-löslichem Material zum Drucken von Trägern. Und nach dem Drucken müssen Sie das Modell nur noch in Wasser oder Limonene eintauchen. Es ist eine ideale Lösung für die Herstellung komplexer Teile.
Teil 6. Nachteile
1. Erhöhte Druckzeit
Durch das Hinzufügen von Stützstrukturen benötigt Ihr Drucker mehr Zeit, um die Aufgabe zu erfüllen. Die Dauer hängt davon ab, wie viele Stützstrukturen und wie hoch die Stützen Sie an Ihrem Modell verwendet haben.
2. Erhöhte Materialkosten
Sie müssen die Kosten für jedes Teil berücksichtigen, da 3D-Druck-Stützstrukturen die Kosten pro Teil erhöhen. Stützen sind zusätzliche Materialkosten für jedes Modell. Stellen Sie daher sicher, dass Sie keine Materialien für die Stützstrukturen verschwenden und optimieren Sie die gesamten Modellstrukturen effektiv.
3. Benötigen Sie zusätzliche Nachbearbeitung
Wenn das Teil fertig ist, sind diese Stützstrukturen nicht mehr nützlich, Sie müssen sie Schritt für Schritt entfernen. Bei den Nachbearbeitungsverfahren müssen weitere Arbeiten durchgeführt werden.
4. Schadensrisiko
Da die Stützstrukturen dazu neigen, die Wände zu berühren und mit ihnen zu verbinden, ist dies die einzige Methode, um Überhänge und Brücken zu stützen. Um Schäden an der Oberfläche zu vermeiden, müssen Sie beim Entfernen von Stützen an den Wänden vorsichtig sein. Und achten Sie auf die schwer zu entfernenden Teile. Wenn Sie nicht vorsichtig und langsam damit umgehen, kann das Modell kaputt gehen.
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