Sammlung von Designprinzipien und Praxistipps für den 3D-Druck

• Design für den 3D-Druck unterscheidet sich stark von herkömmlichen Fertigungsverfahren und erfordert eine völlig andere Designphilosophie
• Online gibt es viele grundlegende Informationen, aber vertiefte Richtlinien oder Sammlungen praktischer Tipps sind selten
• Dieser Leitfaden bündelt Designprinzipien und Beispiele speziell für den 3D-Druck im FDM/FFF-Verfahren
• Dieser Artikel konzentriert sich auf das FDM/FFF-Verfahren und ist möglicherweise nicht auf andere additive Fertigungsverfahren anwendbar
• Im Mittelpunkt steht das Design funktionaler Bauteile, mit dem Ziel von Strukturen, die sich auch ohne Feintuning leicht drucken lassen
• Minimale Nachbearbeitung, minimale Materialverschwendung und einfache Herstellung sind die wichtigsten Ziele
• Der Fokus liegt mehr auf mechanischer Qualität als auf Ästhetik, wobei gut konstruierte Bauteile ganz natürlich auch eine eigene Schönheit besitzen

Goals of Design Engineering

• Maschinelles Design ist stets die Suche nach der optimalen Lösung zwischen vielen Zielen und Randbedingungen
• Zentrale Ziele:
  • Lastgerechtes Design: eine Struktur schaffen, die Belastungen effizient standhält
  • Fertigungsorientiertes Design (DFM): die Struktur so anpassen, dass sie leicht zu drucken ist
  • Kostenoptimierung: Material und Druckzeit reduzieren
• Design Engineering optimiert eher die Bauteilstruktur passend zum Fertigungsverfahren, statt die Fertigungsanlagen selbst zu verbessern
• Das Ziel eines idealen Bauteils ist ein hoch portables Design (Portable Design), das sich auf verschiedenen 3D-Druckern drucken lässt
• Da sich Drucker und Software kontinuierlich weiterentwickeln, könnten manche Regeln mit der Zeit an Bedeutung verlieren

Terminology

• Layer: die durch horizontale Querschnitte in Schichten aufgebaute Struktur eines Bauteils
• Perimeter: die Linie, die den äußeren Umriss jeder Schicht bildet
• Shell: eine hohle Struktur, bei der pro Schicht nur die Außenkontur bleibt
• Infill: die gitterartige Struktur, die das Innere der Shell ausfüllt
• Infill Percentage: das Dichteverhältnis der inneren Füllung
• Overhang: eine nach oben überstehende Struktur ohne Stütze darunter
• Bridge: eine Struktur, die einen Zwischenraum überbrückt und an beiden Enden abgestützt ist
• Seam: der Start-/Endpunkt des Drucks der Außenkontur, der oft sichtbar ist

The Standard Printer Profile

• Für ein portables Design muss eine angenommene Standard-Druckerumgebung definiert werden
• Die folgenden Designkriterien basieren auf einem allgemeinen FDM-Drucker:
  • Düsendurchmesser: 0.4mm
  • Schichthöhe: 0.2mm
  • XY-Achsen gut ausgerichtet und kalibriert
  • Die Druckgeschwindigkeit ist standardmäßig, kleinere Artefakte sind jedoch einzukalkulieren
  • Bridge- und Overhang-Drucke sind problemlos möglich
  • Angemessene Haftung auf dem Druckbett ist vorhanden

1. Designing for Part Strength

• 3D-gedruckte Bauteile sind hohl und schichtweise aufgebaut, wodurch sie je nach Richtung unterschiedliche mechanische Eigenschaften haben, also anisotrop sind
• Zusätzlich zu allgemeinen Regeln für die Festigkeitsauslegung sind weitere Überlegungen nötig, die speziell auf die Eigenschaften des 3D-Drucks abgestimmt sind

• Part Orientation

  • R1.1 — Zugkräfte sollten parallel zur Druckebene ausgerichtet werden
  • Da Zugbelastungen in der Richtung, in der sie die Schichten voneinander trennen, besonders kritisch sind, ist die Wahl der Druckorientierung unter Berücksichtigung der Lastrichtung wichtig
  • Besonders bei Clip-Strukturen, also biegsamen Bauteilen, ist das Risiko eines Bruchs bei wiederholter Nutzung je nach Druckorientierung hoch
  • Damit andere Nutzer das Modell nicht falsch drucken, ist es ratsam, die Modelldatei in der korrekten Druckorientierung zu speichern

• When no orientation works

  • Bei komplexen Bauteilen ohne ideale Druckorientierung ist es sinnvoll, sie in mehrere Teile zu zerlegen, separat zu drucken und anschließend zu montieren
  • R1.2 — Wenn es keine optimale Orientierung gibt, das Bauteil geteilt drucken
  • Schwalbenschwanzverbindungen lassen sich in den meisten Orientierungen gut drucken und eignen sich für die Montage

• To infill or not to infill

  • Selbst eine Erhöhung des Infill auf 100 % führt nicht automatisch zu einem effizienten Festigkeitszuwachs
  • Da sich die Festigkeit an der Oberfläche konzentriert, ist es wirksamer, die Shells (Perimeter) zu erhöhen
  • R1.3 — Die Festigkeit wird eher von der Außenfläche als vom Inneren bestimmt
  • Infill kann zu Materialverschwendung und längeren Druckzeiten führen
  • Da strukturelle Lasten am größten an den äußeren Bereichen mit großem Abstand zur neutralen Achse sind, ist es effizienter, dort Material zu konzentrieren

• The Flow of Forces

  • Wenn man die Kraftverläufe (Force Lines) im Bauteil berücksichtigt, kann man durch Geometrieänderungen Spannungen verringern
  • R1.4 — Der Kraftfluss sollte möglichst entlang gerader Wege geführt werden
  • An Kanten sollten Fillets eingesetzt werden, um Spannungsspitzen zu verringern und das Bruchrisiko zu reduzieren

• Cross-sectional Considerations

  • Da 3D-Druck meist hohle Strukturen erzeugt, spart eine Verringerung der Oberfläche oft mehr Material als eine Verringerung des Querschnitts
  • R1.5 — Dickere Formen sind vorteilhafter als dünne Formen
  • Beispiel: Eine traditionell belastbare I-Träger-Struktur kann beim Drucken gegenüber einem quadratischen Querschnitt hinsichtlich Festigkeit und Druckeffizienz sogar im Nachteil sein

• Simulation Struggles

  • In der konventionellen Fertigung ist Simulation ein zentrales Werkzeug, aber die inhomogene Struktur des 3D-Drucks erschwert genaue Vorhersagen
  • Stattdessen ist direktes Drucken und Testen eine kostengünstige Alternative
  • Für Tests der mechanischen Festigkeit sind Drucktests geeignet, zur Überprüfung der Maßhaltigkeit werden sie jedoch nicht empfohlen
  • Topologieoptimierung (Topology Optimization) passt nicht gut zum FFF-Verfahren und liefert keine idealen druckbaren Geometrien

2. Fertigungstoleranzen und Oberflächenfinish von Bauteilen (Manufacturing Tolerance and Part Finish)

• Fasen vs. Verrundungen

  • R2.1 — Für Kanten, die parallel zur Druckebene verlaufen, Fasen verwenden, für senkrechte Kanten Verrundungen, da dies die beste Druckqualität liefert
  • Verrundungen in horizontaler Richtung verursachen starke Überhänge (overhangs), was die Oberflächenqualität verschlechtert und den Druck erschwert
  • In vertikaler Richtung sind Verrundungen wirksam, um die Beschleunigung des Druckkopfs zu verringern und so Oberflächenfehler zu reduzieren
  • Fasen halten eine konstante Neigung ein und bilden dadurch gleichmäßige Layer-Linien pro Schicht, was für ein sauberes Erscheinungsbild sorgt

• Horizontale Löcher

  • Runde Löcher in horizontaler Richtung verursachen große Überhangprobleme; besser ist es, sie durch eine 90-Grad-Tropfenform (teardrop) oder eine flache Dachstruktur zu ersetzen
  • R2.2 — Horizontale Löcher als Tropfenform oder Dachstruktur auslegen
  • Da Bridging-Bereiche leicht durchhängen können, ist zusätzliche Clearance erforderlich

• Scheinbar nahtlos

  • Die Perimeter-Naht (seam) ist der Start-/Endpunkt des Drucks und kann je nach Position Maßabweichungen und optische Beeinträchtigungen verursachen
  • Bei perfekten Kreisen oder Ecken mit identischem Winkel ist die Festlegung der Nahtposition schwierig, wodurch die Fehlerwahrscheinlichkeit steigt
  • R2.3 — Bei vertikalen Löchern eine Tropfenform verwenden, um die Naht zu vermeiden
  • R2.4 — Scharfe konkave Ecken hinzufügen, um die Naht gezielt dorthin zu lenken, wo sie Funktion oder Optik nicht beeinträchtigt

• Erwartbare Toleranzen bei FFF/FDM

  • Das Design sollte unter Berücksichtigung der Grenzen des Fertigungsprozesses erfolgen; Oberflächenabweichungen von etwa 0,1 mm gelten als üblich
  • Bauteile mit scharfen Ecken und komplexer Geometrie weisen erhöhte Fehler durch Beschleunigung auf
  • R2.5 — Für bessere Toleranzen so entwerfen, dass der Druckkopf leicht zu fahrende Bahnen hat
  • Schrumpfung und Verzug (warping) treten bei Bauteilen mit vielen Rundungen und großem Volumen seltener auf
  • R2.6 — Um Verzug zu vermeiden, Oberflächen rund und das Bauteil voluminös gestalten; die ideale Form ist eine Kugel

• Perfekte Präzision

  • Ein Ansatz nach dem Goldlöckchen-Prinzip, bei dem per Testdruck die optimalen Maße ermittelt werden, bietet zwar hohe Wiederholbarkeit, beeinträchtigt jedoch die Portabilität des Designs
  • R2.7 — Wenn es sich nicht präzise herstellen lässt, dann so gestalten, dass es justierbar ist
  • Beispiele für Justiermechanismen:
    • Ovale Löcher: Positionsanpassung möglich, aber Feineinstellung schwierig
    • Gegenüberliegende Schraubkonstruktion: geeignet für präzise Höheneinstellung, erfordert Zugang von beiden Seiten
    • Kombination aus Feder und Schraube: einfache Justierung, optional mit zusätzlicher Fixierschraube
    • Shimming: Höhenanpassung durch Stapeln dünner Metallbleche oder 3D-gedruckter Sheets

• Technische Passungen

  • In der klassischen Fertigung verwendete Toleranzsysteme (z. B. H6) sind beim FDM-Druck unrealistisch
  • Falls nötig, lassen sich exakte Toleranzen durch Nachbearbeitung mit einer Reibahle erreichen; außer in Sonderfällen ist das jedoch wenig effizient
  • In einfachen Fällen genügt die Wahl zwischen Spielpassung (clearance fit) und Übermaßpassung (interference fit)

• Kreise als problematische Form

  • Bei Übermaßpassungen bergen runde Löcher ein höheres Bruchrisiko, da das Material weniger Spielraum für Verformung hat
  • Sechseckige/vierkantige Löcher sind flexibler, da sie die Übermaßpassung durch Verformung aufnehmen können
  • R2.8 — Für Übermaßpassungen statt runder Löcher sechseckige oder vierkantige Löcher verwenden

• Crush Ribs

  • Crush Ribs sind eine geeignete Struktur für Übermaßpassungen, die nur einmal montiert werden
  • Sie können die Drucktoleranzen über die Verformung der Rippen aufnehmen und so eine konsistente Klemmkraft sicherstellen
  • Da es sich um kleine Features handelt, sind Druckfehler größer, und sie werden meist untermaßig gedruckt
  • R2.9 — Crush Ribs für Übermaßpassungen verwenden, die keine Demontage und erneute Montage erfordern

• Grip Fins

  • Grip Fins nutzen elastische Verformung, um eine Übermaßstruktur bereitzustellen, die mehrfach montiert und demontiert werden kann
  • Im Gegensatz zu Crush Ribs sind wiederholtes Verbinden und Lösen möglich, weshalb sie sich für Bauteile mit wiederholter Nutzung eignen
  • R2.10 — Für Übermaßpassungen mit wiederholter Montage Grip Fins verwenden

3. Prozessoptimierung (Process Optimization)

• Stützmaterial

  • R3.1 — Die Verwendung von Stützmaterial sollte grundsätzlich vermieden werden
  • Support verursacht Probleme wie mehr Nachbearbeitung, Materialverschwendung, geringere Maßgenauigkeit und schlechtere Oberflächenqualität
  • In den meisten Fällen lässt sich die Notwendigkeit von Support durch kleine Designänderungen beseitigen
  • Schon eine Änderung der Druckausrichtung kann Support überflüssig machen

• Diagonale Ausrichtung

  • Wird ein Bauteil um 45 Grad zur Druckachse geneigt platziert, lassen sich Bridges reduzieren und gleichmäßige Qualität auf allen Flächen erzielen
  • R3.2 — Durch geneigte Platzierung lässt sich Support entfernen
  • Allerdings besteht Kippgefahr, daher empfiehlt sich das Hinzufügen eines Brim

• Divide and Conquer

  • Wenn sich Support nicht vermeiden lässt, kann man das Bauteil in mehrere Teile aufteilen und anschließend montieren
  • R3.3 — Wenn sich Support in keiner Ausrichtung vermeiden lässt, das Bauteil getrennt drucken

• Opferlagen

  • Ein Counterbore-Loch, das von oben nach unten verläuft, lässt sich ohne Support nur schwer drucken
  • Durch Hinzufügen einer Opferlage (sacrificial layer) kann die Struktur auch ohne Support erhalten bleiben
  • Nach dem Druck lässt sich die dünne Bridge-Schicht mit Messer oder Bohrer entfernen, um die gewünschte Form zu erhalten
  • R3.4 — Bei internen Überhängen Opferlagen nutzen, um Support zu ersetzen

• Trick für überhängende Counterbores

  • Dies ist eine Weiterentwicklung der Opferlage, bei der Bridges so angeordnet werden, dass sie das innere Loch nicht behindern, wodurch die Struktur schrittweise aufgebaut wird
  • So lassen sich saubere Druckergebnisse ohne Nachbearbeitung erzielen; besonders effektiv ist das bei kleinen Löchern
  • R3.5 — Bei überhängenden Counterbores den Bridge-Layer-Trick verwenden

• Schichten aus Bridges

  • Durch hierarchisches Stapeln mehrerer Bridges lassen sich komplexere Strukturen ohne Support herstellen
  • Sequential Bridging wird auch im OpenFlexure-Projekt eingesetzt
  • R3.6 — Mit Bridges auf Bridges lassen sich komplexe Formen ohne Support drucken

• Gut gemeintes Materialsparen

  • I-Träger-Formen oder unnötige Löcher können im Gegenteil zu höherem Materialverbrauch und längerer Druckzeit führen
  • Beim 3D-Druck hat die Oberfläche mehr Einfluss auf den Materialverbrauch als das Innere
  • R3.7 — Zur Materialeinsparung lieber keine Löcher einbringen, sondern eine voluminöse Form beibehalten

• Optimierung der Bettadhäsion

  • Die Kontaktfläche des Druckteils zum Druckbett sollte passend abgestimmt werden, damit Druck und Entnahme in der Serienfertigung einfach bleiben
  • Ist sie zu klein, droht Umkippen; ist sie zu groß, wird das Entfernen schwierig
  • R3.8 — In der Serienfertigung die Kontaktfläche zum Druckbett minimieren

• Mouse Ears

  • Durch die Verwendung von Mouse-Ear-Strukturen, die direkt im CAD entworfen werden, statt eines Brim lassen sich Haftung verbessern und Nachbearbeitung vereinfachen
  • Sie lassen sich leicht entfernen, entweder direkt am Bauteil angebracht oder als separate Vorsprünge ausgeführt
  • R3.9 — Bei Bauteilen mit schwieriger Bettadhäsion Mouse Ears hinzufügen

4. Funktionsintegration (Functional Integration)

• Wenn mehrere Funktionen in ein einzelnes Bauteil integriert werden, sinken Montageaufwand und Kosten, allerdings gibt es Nachteile wie Einschränkungen bei der Druckausrichtung und schwierigere Prototypen-Iterationen
• Je nach Fall sollte auch erwogen werden, Funktionen aufzuteilen, um Prototyping und Reparaturfreundlichkeit zu verbessern

• Zip tie Channels

  • Wenn auf der Bauteiloberfläche kleine halbkreisförmige Kanäle ergänzt werden, können Kabel mit Kabelbindern befestigt werden
  • R4.1 — Zip tie Channels zur Kabelfixierung nutzen

• Flexures

  • Eine Flexure ist eine Struktur, die die Elastizität eines Materials nutzt, um Bewegung zu ermöglichen
  • Bei dünner und längerer Auslegung ist mehr Bewegung innerhalb des elastischen Bereichs möglich
  • Durch parallele Anordnung mehrerer dünner Flexures lassen sich Steifigkeit und Bewegungsweg optimieren
  • R4.2 — Flexures verwenden, um bewegliche Funktionen zu integrieren
  • R4.3 — Flexures so auslegen, dass sie sich nur innerhalb des elastischen Bereichs verformen
  • R4.4 — Bei Flexures Anschläge vorsehen, um übermäßige Bewegung zu verhindern

• Clips

  • Clips sind ein typisches Anwendungsbeispiel für Flexures und ermöglichen Befestigung auch ohne Montageschrauben
  • Die Druckausrichtung ist wichtig, und Clips, die quer zu den Layern verlaufen, sind sehr schwach
  • Bei Verwendung von formschlüssiger Verriegelung (form-locking) muss Platz zum Lösen des Clips vorgesehen werden
  • R4.5 — Clips mit minimalem Bewegungsweg auslegen, damit sie nicht brechen
  • R4.6 — Für formschlüssige Clips eine lösbare Struktur vorsehen

• Living Hinges

  • Ein Living Hinge ist ein Scharnier, das durch das Biegen von dünnem Kunststoff funktioniert, und stellt ein einfaches und wirtschaftliches Design dar
  • Dünne Scharniere müssen zwingend horizontal zum Druckbett gedruckt werden
  • Durch Bridging hergestellte Scharniere haben eine geringere Leistung

• Printed Bearings

  • Wenn große Lager benötigt werden, können Lager in das Bauteil integriert werden, indem im Inneren Laufbahnen konstruiert und Stahlkugeln montiert werden
  • Es kann auch ein gedruckter Käfig zur Abstandshaltung ergänzt werden

• Print-in-place Mechanisms

  • Print-in-place ist ein Verfahren, bei dem mehrere Teile ohne Montage in einem Druckvorgang gefertigt werden
  • Es können sogar nicht montierbare Strukturen wie Zahnradsätze gedruckt werden, was dies zu einer sehr leistungsfähigen Integrationsmethode macht
  • Wegen fester Druckausrichtung, schwieriger Support-Entfernung usw. ist der Konstruktionsaufwand hoch
  • Zwischen miteinander interagierenden Teilen ist ein Abstand von mindestens 0,3 mm erforderlich
  • R4.7 — Für die Abstützung freischwebender Geometrien lösbare Breakaway-Strukturen verwenden
  • R4.8 — Ausreichenden Abstand vorsehen, um Kontakt während des Drucks zu vermeiden

5. Jenseits von Kunststoff (Beyond Plastic)

• Nuts and Bolts

  • Screw Preload
    • Die beim Anziehen von Schrauben entstehende Vorspannkraft (preload) bestimmt die Stabilität der Verbindung, aber bei 3D-gedruckten Teilen ist die Steifigkeit gering, sodass traditionelle Berechnungen wenig nützen
    • Zur Absicherung gegen Vibrationen und dynamische Lasten wird die Verwendung von Schraubensicherung (threadlocker) oder Sicherungsmuttern empfohlen
    • R5.1 — Schrauben unter dynamischer Last zusammen mit Sicherungshilfen verwenden
  • Screw Length
    • Schrauben möglichst lang auslegen, damit sich die Vorspannkraft über das gesamte Bauteil verteilt und übermäßiges Anziehen vermieden wird
    • R5.2 — Schraubenlänge so groß wie möglich auslegen
  • Threads in Printed Parts
    • In Kunststoffteilen können Gewinde direkt geschnitten oder im CAD erzeugt werden, sie werden jedoch bei Überdrehung leicht beschädigt
    • Für gering belastete Verbindungen ohne häufiges Wiederanziehen können geschnittene Gewinde verwendet werden
    • R5.3 — Für Verbindungen mit geringer Wiederverwendung Gewindeschneiden einsetzen
  • Rib Thread Forming
    • Das Erzeugen von Gewinden durch Verformen von Crush Ribs ermöglicht eine einfache Verschraubung auch ohne Nachbearbeitung
    • R5.4 — Die Gewindeerzeugung mit Rippen ist nützlich für einfache, selten wiederverwendete Verbindungen
  • Threaded Inserts
    • Wärmeeinsatz-Metallinserts bieten starke und stabile Gewinde, die für wiederholte Montage geeignet sind
    • R5.5 — Für hohe Festigkeit und wiederholte Nutzung den Einsatz von Inserts empfehlen
  • Embedded Nuts
    • Das Einsetzen von Standardmuttern in das Bauteil ist wirtschaftlich und ideal in Kombination mit langen Schrauben
    • Durch seitliche oder rückseitige Ausschnitte können Muttern eingesetzt werden
    • R5.6 — Ausschnitte zum Einsetzen von Standardmuttern vorsehen
  • Thread Strength
    • Die meisten Gewindeverfahren bieten für normale Lasten ausreichend Festigkeit; bei der Auslegung sollten Wiederholbarkeit und Montierbarkeit im Vordergrund stehen

• Dowel Pins

  • Passstifte (dowel pins) für präzise Positionierung werden wegen der Grenzen von Drucktoleranzen selten verwendet
  • Für Vorrichtungen, bei denen Genauigkeit wichtig ist, sind sie weiterhin nützlich; möglich sind Nachbearbeitung oder Hex-Holes/Crush Ribs

• Embedded Hardware

  • Das Einbetten von Hardware während des Drucks vereinfacht Befestigung oder Montage
  • Die Hardware wird durch Anhalten des Drucks, Einsetzen und anschließendes Fortsetzen im Inneren der Struktur fixiert
  • Beispiele: transparente Folien, Magnete, Metallgitter usw.
  • R5.7 — Funktionen lieber durch Einbetten von Hardware als durch komplexe Befestigungen integrieren

• Printing on Fabric

  • Durch Abdecken mit dünnem Stoff (z. B. Tüll) während des Drucks lassen sich flexible Strukturen herstellen
  • Dies wird hauptsächlich im Bereich Kleidung und Cosplay eingesetzt, wobei einzelne Teile auf dem Stoff fixiert werden
  • Je nach Geometrie lässt sich die Flexibilität anpassen

6. Gestaltung der äußeren Form (Appearance)

• Complex Shapes

  • 3D-Druck verursacht keine zusätzlichen Kosten, auch wenn komplexe Kurvenflächen oder organische Formen umgesetzt werden
  • Abseits traditioneller rechtwinkliger Designs können komplexe Formen aktiv genutzt werden, um Optik oder Ergonomie zu verbessern
  • R6.1 — Komplexe Formen aktiv nutzen, um Erscheinungsbild oder Ergonomie zu verbessern

• Shadow Lines

  • Durch Hinzufügen von kleinen Abständen und Rippen (erhabenen Linien) an den Fugen montierter Teile lassen sich auch ohne hohe Präzision saubere Übergänge erzeugen
  • Soll zusätzlich eine Dichtfunktion integriert werden, können innen doppelte Rippen ergänzt werden, um eine labyrinthartige Struktur zu bilden
  • R6.2 — Shadow Lines an Bauteilfugen ergänzen, um das Erscheinungsbild zu verbessern

• Surface Texture

  • Es gibt die Einschränkung, dass Layer-Linien auf vertikalen Flächen schwer zu entfernen sind
  • Mit einer strukturierten Build Plate lässt sich die Qualität der Unterseite verbessern, jedoch nur begrenzt
  • Die Funktion Fuzzy Skin erzeugt künstliche Unregelmäßigkeit, um Layer-Linien zu kaschieren und die Haptik zu verbessern
  • R6.3 — Die Oberflächenstruktur anpassen, um den typischen 3D-Druck-Look zu reduzieren

• Printed Text

  • In Teile kann Text ohne Lasermarkierung oder Label eingraviert werden
  • Durch das Einprägen von Teilenummern oder Versionen werden Verwaltung und Nachverfolgung von Änderungen erleichtert
  • Gravur (engraving) liefert sauberere Ergebnisse als Prägung (embossing)
  • R6.4 — Text standardmäßig als Gravur hinzufügen
  • R6.5 — Text vertikal ausrichten, um präzisen Druck zu fördern
  • Bei einer Linienbreite von mindestens 0,6 mm und einer Tiefe von mindestens 0,5 mm gibt es bei den meisten Druckern keine Probleme

• Vase Mode Design

  • Vase Mode druckt eine einzelne Außenwand spiralförmig und ermöglicht dadurch schnelle und einfache Drucke
  • Keine Layer-Naht, dadurch glatte Optik, kein Stringing, geringer Materialverbrauch
  • Da es keine innere Stützstruktur gibt, ist die Steifigkeit gering, je nach Geometrie lässt sich dies jedoch ausgleichen
  • R7.1 — Für die Steifigkeit von Vase-Mode-Teilen Beading Patterns nutzen

• Beading Patterns

  • Beading Patterns (Sickening Pattern), die zur Verstärkung von Blech verwendet werden, können auch auf den Druck übertragen werden
  • Durch das Hinzufügen ribbenartiger Formen zu dünnen Schalenstrukturen wird die Steifigkeit erhöht
  • CNC-Kitchen zeigt dazu detaillierte Beispiele

• Unconventional Vase Mode

  • Vase Mode kann nicht nur für Vasen, sondern durch geometrische Manipulation auch für funktionale Teile genutzt werden
  • Das Hexa Tray von FPacheco ist ein Beispiel, das die Vorteile nutzt, obwohl es kein typischer Vase Mode ist
  • Bei Serienfertigung können sowohl Zeit als auch Qualität gesichert werden

Checkliste

• 1. Bauteilfestigkeit sicherstellen

  • R1.1 Zugkräfte parallel zu den Druckschichten ausrichten
  • R1.2 Wenn die Orientierung schwer zu optimieren ist, in mehrere Teile aufteilen
  • R1.3 Die Festigkeit wird stärker von der Wandstärke als von der Infill-Dichte bestimmt
  • R1.4 Lasten möglichst direkt übertragen
  • R1.5 Eher dickere als schlanke Querschnitte bevorzugen

• 2. Fertigungstoleranzen und Oberflächenfinish

  • R2.1 An horizontalen Kanten Chamfer, an vertikalen Kanten Fillets verwenden
  • R2.2 Bei horizontalen Bohrungen Tropfenform oder eine flache Oberseite vorsehen
  • R2.3 Auch vertikale Bohrungen mit Tropfenform zur Genauigkeitskorrektur auslegen
  • R2.4 Die Nahtposition in konkave Ecken lenken, um die Präzision zu verbessern
  • R2.5 Die Geometrie unter Berücksichtigung des Druckkopfpfads entwerfen
  • R2.6 Große, weich gekrümmte Formen zur Vermeidung von Verzug verwenden
  • R2.7 Wenn hohe Präzision schwer erreichbar ist, Justierbarkeit vorsehen
  • R2.8 Für Presspassungen sechseckige oder quadratische statt runder Bohrungen verwenden
  • R2.9 Für einmalige Presspassungen Crush Ribs verwenden
  • R2.10 Für demontierbare Passungen Grip Fins nutzen

• 3. Prozessoptimierung

  • R3.1 Den Bedarf an Support minimieren
  • R3.2 Support durch Anpassung der Bauteilorientierung vermeiden
  • R3.3 Wenn Support unvermeidbar ist, das Teil aufteilen
  • R3.4 Mit einer Opferlage interne Überhänge verhindern
  • R3.5 Den Overhanging-Counterbore-Trick verwenden
  • R3.6 Mit Multi-Bridge-Strukturen komplexe Formen realisieren
  • R3.7 Die Oberfläche minimieren, aber eine voluminöse Struktur beibehalten
  • R3.8 Bei der Serienfertigung die Bettkontaktfläche minimieren
  • R3.9 Bei Haftungsproblemen Mouse Ears hinzufügen

• 4. Funktionsintegration

  • R4.1 Kabel mit Zip-Tie-Kanälen fixieren
  • R4.2 Bewegungsmechanismen mit Flexures integrieren
  • R4.3 So auslegen, dass Verformung nur im elastischen Bereich stattfindet
  • R4.4 Physische Anschläge vorsehen, damit die Grenzen der Flexures nicht überschritten werden
  • R4.5 Clips mit minimalem Bewegungsweg auslegen, um Bruch zu vermeiden
  • R4.6 Bei lösbaren Clips genügend Raum für den Werkzeugzugang vorsehen
  • R4.7 Bei Print-in-Place-Designs ablösbare Supportflächen verwenden
  • R4.8 Ausreichend Abstand vorsehen, um Kollisionen zwischen Bauteilen zu vermeiden

• 5. Über Kunststoff hinaus – Maschinenelemente

  • R5.1 Bei Schrauben unter dynamischer Last zusätzliche Sicherungen wie Kontermuttern oder Klebstoff verwenden
  • R5.2 Schrauben möglichst lang auslegen
  • R5.3 Schrauben für seltene Montagevorgänge direkt ins Material schneiden
  • R5.4 Mit schraubenbasierten Crush-Rib-Einsätzen Nachbearbeitung vermeiden
  • R5.5 Mit Heat-Set Inserts wiederholbar belastbare Gewindeeinsätze schaffen
  • R5.6 Aussparungen so gestalten, dass normale Muttern eingesetzt werden können
  • R5.7 Neben Schrauben auch andere Hardware während des Drucks einsetzen, um die Montage zu vereinfachen

• 6. Erscheinungsbild

  • R6.1 Auch komplexe Formen lassen sich kostenlos zur Verbesserung von Optik oder Ergonomie einsetzen
  • R6.2 An Verbindungsstellen zwischen zwei Teilen eine Schattenfuge hinzufügen, um eine hochwertigere Optik zu erzielen
  • R6.3 Durch Anpassung der Oberflächentextur den typischen 3D-Druck-Look reduzieren
  • R6.4 Bei Text Gravur gegenüber Embossing bevorzugen
  • R6.5 Eingeprägten oder erhabenen Text senkrecht zur Druckfläche anordnen

• 7. Auf Vase Mode spezialisierte Konstruktion

  • R7.1 Für die Steifigkeit von Vase-Mode-Teilen Beading Patterns verwenden

[judy002626]

Unter den Materialien, die ich gesehen habe, scheint dies wirklich zu den wenigen zu gehören, die erstklassige, fortgeschrittene Informationen so gut enthalten. Dass man solche Inhalte auf Koreanisch lesen kann … das freut mich sehr.

Bei Schrauben bin ich leider noch Anfänger und verwende daher eine Methode, die in meinem Umfeld eher aus Erfahrung weitergegeben wird: Ich schneide kein separates Gewinde, sondern setze einen zylindrischen Pfosten, der etwa 0,4 mm schmaler ist als der Schraubendurchmesser, und versehe den Eingang mit einer kurzen Fase in großem Winkel. Was halten Sie davon?

Wenn es zum Beispiel um M3 geht, verwende ich ein 2,6-mm-Loch und am Eingang eine Fase von 80° mit 0,3 mm Länge. Bei SLA gebe ich der Pfostenwand eine Dicke von mindestens 2 mm; bei FDM kenne ich zwar die genauen Spezifikationen der Person, die es für mich gedruckt hat, nicht, aber auch mit FDM hat es funktioniert.

Es handelt sich nicht um Teile, die hohe mechanische Festigkeit brauchen oder großen Kräften ausgesetzt sind, sondern eher um einfache Fixierteile, aber wenn man sieht, dass sie auch nach ein paar Stürzen noch völlig in Ordnung sind, scheint es überraschend gut zu funktionieren.🤔

[1206good]

Wenn es sich nicht um ein Bauteil handelt, das fortlaufend zerlegt und wieder zusammengesetzt werden muss, scheint es gefühlt kein großes Problem zu sein, selbst in einen einfachen Pfeiler eine Schraube einzudrehen, solange man nur auf Probleme durch Trennung entlang der Layer-Richtung achtet.

Wenn wiederholtes Zerlegen und Zusammensetzen nötig ist, scheint es besser zu sein, Einsätze zu verwenden, statt das Gewinde inklusive direkt mitzudrucken.

Im Reiter „Meinungen“
„Als Methode, Gewinde direkt in gedruckte Teile einzubringen, sind Holzschrauben effektiv.

Holzschrauben können auch ohne Gewindeschneider selbstständig ein Gewinde formen.
Beim Drucken mit PETG ist die Festigkeit ausreichend, aber PLA kann bei Löchern, die parallel zu den Schichten verlaufen, aufreißen.“
Diesem Teil stimme ich zu.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Ich bin dem 3D-Druck verfallen. Angefangen habe ich mit dem A1 Mini, aber inzwischen drucke ich nicht nur kreative Projekte, sondern auch funktionale Teile.

  • Ich habe ein 6-Zoll-Server-Rack für den GLi.net Beryl und Apple TV gedruckt.
  • 3D-Druck ist sehr zeitaufwendig, aber mit dem A1 und Claude ist es als Hobby gut machbar.
  • CAD-Kenntnisse sind nötig, aber ohne LLMs damit anzufangen ist ziemlich abschreckend.

• Dieser Artikel ist deutlich gehobener als das durchschnittliche Teil auf Thingiverse oder Printables.

  • Er wurde offenbar im "plastics"-Modus von Fusion 360 entworfen, aber ich kann nicht sagen, ob er für Druck oder Spritzguss gedacht ist.
  • Ich frage mich, ob es eine CAD-Engine gibt, die "fertigungsbewusstes Design" passend zu den Fähigkeiten standardisierter Maschinen ermöglicht.

• Holzschrauben eignen sich gut, um direkt in gedruckte Teile Gewinde zu schneiden.

  • Holzschrauben können ihr Gewinde selbst formen, auch ohne Gewindebohrer.
  • Mit PETG gedruckt ist die Festigkeit ausreichend, aber PLA kann bei Löchern, die parallel zu den Schichten verlaufen, aufreißen.

• Eine Einschränkung beim Design für Schraubeneinsätze ist, dass das Einsetzen der Schraube von hinten unzuverlässig ist.

  • Man kann das Problem lösen, indem man die Schraube vor dem Einsetzen von hinten einführt, sie in den Einsatz schraubt und dann beides zusammen montiert.

• Ich nutze seit 7 Jahren 3D-Drucker und habe meinen während der Pandemie zu Hause zusammengebaut.

  • Einige der im Artikel behandelten Themen kannte ich bereits aus Erfahrung.
  • Es ist beeindruckend, wie gründlich alles recherchiert und erklärt wurde.

• Eine nützliche Methode, um beim Druck Material zu sparen, ist, Oberflächen gar nicht erst zu drucken.

  • Wenn eine Oberfläche für die Funktion nicht wichtig ist, kann man sie weglassen.
  • Mit planarem Infill können Teile trotzdem gut aussehen.

• J. E. Gordons "Structures" hilft dabei, Konzepte des Maschinenbaus zu verstehen.

• Der Bambu Labs P1S ist so einfach zu benutzen, dass ich damit 100-mal mehr drucke als früher mit meinem Ender.

  • Das war die Motivation für mich, Fusion360 zu lernen.

• Das Problem von Kollisionen zwischen verrundeten und scharfen Kanten.

  • Bei einer rechteckigen Box könnte man in Betracht ziehen, 3 von 4 Kanten zu verrunden und die verbleibende scharf zu lassen.

• Ein Design, bei dem eine Kugel in zwei Teile geteilt wird, die sich miteinander verschrauben lassen, ist nützlich.

• Es gibt keinen Grund, gedruckten Teilen keinen Text hinzuzufügen.

  • Das Aussehen von 3D-gedrucktem Text ist enttäuschend.
  • Die Tonertransfertechnik wirkt vielversprechend, und auch die Methode, nach dem Sprühlackieren Text mit einem Laser zu zeichnen, ist interessant.