Beim 3D-Druck mit Metallen benötigen die Teile meist Stützstrukturen, um den Belastungen währen der Produktion Belastungen standzuhalten. Diese Stützstrukturen werden direkt in den Konstruktionsdaten erstellt und zusammen mit dem 3D-Druckobjekt additiv gefertigt. Dies ist erforderlich, um die Metallteile vor einer Verformung durch thermische Spannungen während des Aufbaus zu schützen und die Wärme aus dem Schmelzbad in überhängenden Bereichen effektiv abzuleiten. Sobald das Teil fertig ist, wird die Stützstruktur manuell oder automatisiert entfernt.
Das Bauen von Teilen ohne oder mit minimalen Stützen verbessert nicht nur die Nachbearbeitung. Es kann, wenn es effektiv gemacht wird, auch die Druckzeit verkürzen und den Materialverbrauch senken, was wiederum Kosten spart und die Umweltauswirkungen des Bauvorgangs verringert.
Unsere Experten bei Additive Minds haben herausgefunden, wie ein solches Druckverfahren funktionieren kann und welche Herausforderungen es mit sich bringt.
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Warum Stützstrukturen bisher eine wichtige Rolle gespielt haben
Die Konstruktion mit Stützstruktur war bisher die Standardmethode in der additiven Fertigung. Die Anzahl, Größe und Platzierung der Stützen wurde dabei durch mehrere Faktoren bestimmt.
- Eigenspannungen während des Druckvorgangs können zu Verformungen des 3D-Modells führen. Um diese Verformungen physisch zu verhindern, können Stützen hinzugefügt werden.
- Störungen durch den Recoater, können das Teil in Schwingungen versetzen oder Schäden während des Druckvorgangs verursachen. Stützen werden daher verwendet, um das Bauteil vor Verformungen durch die Beschichtungsmaschine zu schützen.
- Wärmeübertragung über die Stützen hat den Vorteil, dass das Teil während des Bauprozesses schneller und besser abkühlen kann.
Stützstrukturen werden verwendet, um sicherzustellen, dass ein Bauvorgang abgeschlossen und das Teil erfolgreich hergestellt wird. Dafür gibt es mehrere Gründe:
- Die Ausrichtung des Bauteils bestimmt, wie stark es gestützt werden muss. Im Allgemeinen werden mehr Stützen benötigt, um die oben genannten Faktoren auszugleichen, wenn das Teil so ausgerichtet ist, dass ein größerer Teil der Oberfläche nicht auf der Bauplatte liegt.
- Überhänge kleiner 45 Grad machen in der Regel eine Stützstruktur erforderlich.
- Kanäle und Löcher können sich ohne Stützen verformen, je nach ihrer Größe und wenn sie ineffektiv ausgerichtet sind.
Stützenfreier 3D-Druck
Mit dem richtigen Fachwissen und kreativen Problemlösungsfähigkeiten ist es unseren Teams gelungen, Konstruktionen zu entwerfen, die nicht den konventionellen Vorstellungen entsprechen, uns sie haben hervorragende Ergebnisse erzielt. Unsere Experten haben an vielen Projekten gearbeitet, bei denen es durch die Verwendung von keinen oder minimalen Stützen zu optimierten Konstruktionen mit reduzierten Kosten und Zeitersparnis kam. Die Herausforderung, die vermeintlichen Einschränkungen des 3D-Drucks ohne Stützen zu überwinden, hat zu kreativen Lösungen geführt, die den 3D-Druck mit Metallen attraktiv machen.
Die folgenden Fallstudien zeigen, was unsere Additive Minds Experten herausgefunden haben:
Anwendungen für stützenfreien 3D-Druck
Das stützenfreie Drucken hat viele interessante Vorteile. Bei EOS haben wir innovative Methoden auf verschiedene Bauteile angewendet - mit durchschlagenden Einsparungen bei Bauzeit, Kosten und Material. Hier sind unserer Highlights.
Die am häufigsten genannte Einschränkung beim Metall-Druck ist, dass man ohne Stützstruktur nicht unter einem bestimmten Überhangswinkel drucken kann. Ohne Supports besteht die Gefahr, dass sich der Überhang verzieht, weil Restspannungen durch die fokussierte Energie der Laser während des Drucks entstehen. Dies schränkt die Benutzer von Metall-Systemen in ihrer Auswahl der Anwendungen ein.
Dank des innovativen Denkens von Branchenführern wird der kritische 45-Grad-Winkel nun in Frage gestellt. Inzwischen gibt es zahlreiche Software- und Parameterpakete, die es Anwendern ermöglichen, Überhänge und Brücken in viel kleineren Winkeln zu drucken, ohne die Effektivität des 3D-Druckverfahrens und die Qualität der hergestellten Metallteile zu beeinträchtigen.
Mehr dazu in diesem Artikel.
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