Alles, was Sie über Schalen im 3D-Druck wissen müssen

Vielleicht ist eines der attraktivsten Dinge am 3D-Druck mit der FDM-Technologie der Grad der Kontrolle, den die Technologie dem Benutzer bietet. Sie können nicht nur frei wählen, welches Filamentmaterial Sie für ein bestimmtes 3D-Modell verwenden möchten, sondern Sie können das Modell auch nach Ihren Wünschen verändern. Ein Aspekt eines 3D-Modells, den Sie verändern können, ist die „Schale“

Einfach ausgedrückt, ist die Schale die Wand eines 3D-gedruckten Objekts. Sie ist ein wesentlicher Bestandteil des Designs und bestimmt viele der Eigenschaften des endgültigen Drucks. Welche Schalendicke ist am besten geeignet und welche Faktoren müssen bei der Auswahl der Schalendicke berücksichtigt werden?

Was sind 3D-Druckschalen?

Es ist vielleicht nicht sofort offensichtlich, aber die meisten mit FDM gedruckten Objekte sind innen hohl. Dies ist eine Maßnahme, die teures Filamentmaterial und Druckzeit einspart und so den 3D-Druck zu einem wirtschaftlicheren Unterfangen macht. Diese Zeit- und Kostenersparnis ist jedoch keine Entschuldigung dafür, 3D-Drucke zu erstellen, die zu leicht und fadenscheinig sind, um einen funktionalen Wert zu haben.

Die Wände eines 3D-gedruckten Objekts, einschließlich seiner Ober- und Unterseite, werden als seine Hülle bezeichnet. Die Dicke der Schale kann bei jedem 3D-Druckprojekt mit der entsprechenden Slicer-Software leicht eingestellt werden. In den meisten Fällen wird die Schalendicke auf ein Vielfaches des Düsendurchmessers eingestellt.

Um ein vollständigeres Bild von den Faktoren zu zeichnen, die die Festigkeit und Dichte eines 3D-Druckobjekts bestimmen, wäre es fair, das Konzept der Schalen und der Füllung gemeinsam zu erörtern. Die Füllung ist das Materialmuster im Inneren der Schale, das zwischen 10 % und 100 % eingestellt werden kann. Sowohl der prozentuale Anteil der Füllung als auch das Muster können mit der Slicer-Software eingestellt werden.

Durch die Auswahl einer geeigneten Kombination aus Füllung und Schalendicke kann für jedes 3D-Druckobjekt eine Vielzahl von Festigkeits- und Dichtewerten erzielt werden. Stärke und Gewicht müssen mit den Druckkosten und der Zeit, die für die Fertigstellung eines einzelnen Projekts benötigt wird, abgewogen werden, insbesondere wenn der 3D-Druck als kommerzielle Dienstleistung angeboten wird.

Faktoren, die bei der Auswahl der Schalendicke zu berücksichtigen sind

Die Auswahl der Schalendicke ist ein Kompromiss zwischen mehreren verschiedenen Faktoren, so dass es keinen Wert gibt, der universell richtig ist. Die am besten geeignete Schalendicke richtet sich nach dem Verwendungszweck des Objekts, das in 3D gedruckt werden soll, sowie nach anderen Faktoren wie Wirtschaftlichkeit und Durchlaufzeit. Um Ihnen dabei zu helfen, die am besten geeigneten Einstellungen zu bestimmen, sind hier die wichtigsten Aspekte, die Sie berücksichtigen sollten:

Stärke

Eine dickere Schale sorgt natürlich für ein stärkeres und robusteres Produkt. Wenn Ihr Produkt einer schweren, anhaltenden oder regelmäßigen Belastung standhalten soll, ist eine Schalenstärke, die dem drei- bis vierfachen Düsendurchmesser entspricht, eine gute Wahl. Die Stärke der Schale spielt auch eine Rolle, wenn das Produkt mit Nägeln oder Schrauben verankert werden soll.

Stabilität der oberen und unteren Schicht

Die meisten Slicer-Softwareprogramme bieten die Möglichkeit, eine unterschiedliche Schalenstärke für die obere und untere Schicht einzustellen. Dies gilt nur, wenn Sie das Modell aufrecht oder in der vorgesehenen Ausrichtung drucken.

Diese Option wird angeboten, da sie die Konstruktion von Objekten mit stärkerer Basis ermöglicht, die für zusätzliche Stabilität „bodenlastiger“ sind. Der Unterschied ist in der Regel nicht so groß – ein oder zwei Intervalle des Düsendurchmessers reichen aus, um diese Vorteile zu erzielen.

Filamentverbrauch

Wenn Sie ein Modell mit einem 3D-Drucker in Massenproduktion herstellen, ist die Menge an Filament, die für jedes Produkt benötigt wird, wahrscheinlich von Bedeutung für Sie. Dies ist ein weiterer Bereich, in dem die optimale Schalendicke eine Rolle spielt. Eine dickere Schale sorgt für ein Produkt, das stabiler ist und ein schönes Gewicht hat, aber auch viel zusätzliches Filament verbraucht.

Um dies in einen Kontext zu setzen, verdoppelt sich die Menge an Filament, die in die Schale eines 3D-Druckprojekts fließt, bereits, wenn man von einer Dicke von einem auf das Zweifache des Düsendurchmessers erhöht. Dies kann enorme Auswirkungen auf die Anzahl der Drucke haben, die Sie mit einer einzigen Filamentspule anfertigen können.

Zeit

Bezogen auf den vorherigen Punkt dauert ein Druck, der mehr Filament verbraucht, zwangsläufig länger. Das liegt daran, dass sich die Düse für jede Schicht mehrmals am Umfang des Modells entlang bewegen muss. Während des gesamten Druckvorgangs kann jede zusätzliche Schicht die Druckzeit um mehr als eine Stunde verlängern.

Für diejenigen, die nur einmalige Entwürfe drucken, ist die zusätzliche Druckzeit wahrscheinlich nicht sehr bedeutend. Bei Aufträgen mit hohen Stückzahlen kann dies jedoch problematisch sein. Wenn Sie den Druck mehrerer Exemplare eines Modells optimieren wollen, müssen Sie wahrscheinlich sowohl die Einstellungen für die Schale als auch für die Füllung optimieren, um die Druckzeit zu verkürzen, ohne die strukturelle Integrität zu sehr zu beeinträchtigen.

Nachbearbeitungsoptionen

Ein mit einem FDM-Drucker hergestellter Druck weist naturgemäß eine unregelmäßige Oberfläche auf. Dies ist eine inhärente Einschränkung der Technologie. Das bedeutet, dass eine gewisse Nachbearbeitung erforderlich ist, wenn Sie möchten, dass Ihre Drucke perfekt glatt und poliert aussehen.

Geeignete Nachbearbeitungstechniken variieren je nach Filamentmaterial. Einige Filamente eignen sich gut für die selektive Auflösung mit einem geeigneten Lösungsmittel, während andere eine eher altmodische Technik mit Schleifpapier erfordern.

In jedem Fall führt die Nachbearbeitung zu einer Erosion des Materials auf der Oberfläche des fertigen Drucks. Dies ist etwas, das Sie bei der Gestaltung berücksichtigen müssen, insbesondere bei Projekten, bei denen Festigkeit und Härte wichtig sind. Eine dickere Schale gibt Ihnen einen größeren Spielraum zum Schleifen und Polieren der Unregelmäßigkeiten des fertigen Drucks, ohne dass die strukturelle Integrität drastisch abnimmt.

Faustregeln für die Einstellung der Schalenstärke

Die heute verwendeten Slicer-Softwareplattformen machen die Anpassung der Schalenstärke fast mühelos. Das ist sehr nützlich, wenn Sie noch in der Phase sind, in der Sie mit den Parametern Ihres Druckers herumspielen, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Hier sind einige Tipps für den Anfang:

Stellen Sie sicher, dass die Schalendicke ein Vielfaches des Düsendurchmessers ist

Dies sollte offensichtlich sein, aber Sie müssen sicherstellen, dass Ihre Slicer-Einstellungen für die Schalendicke dem Durchmesser Ihrer Düse entsprechen. Das bedeutet, dass die Schalendicke ein Vielfaches des Düsendurchmessers sein muss.

Wenn Sie diese wichtige Anforderung nicht erfüllen, entstehen Schalen mit Hohlräumen zwischen den Schichten. Dadurch werden natürlich alle strukturellen Vorteile zunichte gemacht, die eine dickere Schale hätte bieten sollen.

Daumenregeln für niedrige, mittlere und hohe Belastung

Die genauen Werte für die Schalendicke zu bestimmen, kann anfangs schwierig sein. Man muss ein wenig herumprobieren, bevor man zu Ergebnissen kommt, mit denen man zufrieden ist. Um die Zahl der Fehlabdrücke zu verringern, können Sie die folgenden Richtwerte verwenden, vorausgesetzt, Sie verwenden eine Düse mit einer Öffnung von 0,4 Millimetern Durchmesser.

Für die meisten Anwendungen ist eine Schalenstärke von 0,8 Millimetern völlig ausreichend. Dies gilt für Teile, die einer geringen oder mäßigen Belastung standhalten sollen und nicht durch eine Schraube verankert werden müssen. Sollten bei dieser Einstellung geringfügige Festigkeitsmängel auftreten, lassen sich die meisten Probleme mit ein paar Nachbesserungen an der Füllung lösen.

Für Teile, die stark beansprucht werden oder hohen Belastungen ausgesetzt sind, können Sie die Dicke auf 1,2 Millimeter erhöhen. Der Zuwachs an Festigkeit bei dieser Anpassung ist beträchtlich. Außerdem bietet sie eine größere Oberfläche für die Verankerung mit Schrauben oder Nägeln.

Wenn eine 1,2-Millimeter-Schale immer noch nicht ausreicht, können Sie eine dickere Füllung in Betracht ziehen. Der Einbau einer dickeren Schale ist natürlich immer eine Option. Für fast alle normalen Anwendungen des 3D-Drucks reicht jedoch eine Schalendicke von 0,8 bis 1,2 Millimetern aus.

Abschließende Überlegungen

Der 3D-Druck ist ein sehr anpassungsfähiges Herstellungsverfahren, mit dem Sie Modelle mit einer großen Bandbreite an Festigkeits-, Gewichts- und Flexibilitätsparametern entwerfen können. Die Festlegung der Schalendicke ist nur eine der vielen Möglichkeiten, mit denen man die physikalischen Eigenschaften des Endprodukts steuern kann. In diesem Fall spielt die Schalendicke eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Gesamtfestigkeit des gedruckten Teils sowie seines Gewichts und seiner Dichte. Die Zuweisung der Schalendicke ist eine recht einfache Angelegenheit