Proto Labs, 3d Druck, DMLS

Diese Abbildung zeigt DMLS im Einsatz: Die Maschine sintert jede Schicht. Dieser Prozess wird Schicht für Schicht wiederholt, bis das gesamte Bauteil fertig gestellt ist. - Bild: Proto Labs

Die verschiedenen technischen Verfahren der additiven Fertigung bieten bei der Prototypenherstellung allesamt großes Potenzial für Kosteneinsparungen. Zwei dieser Technologien – selektives Lasersintern (SLS) und direktes Metall-Lasersintern (DMLS) – reduzieren die Kosten durch schnellere Produktion, geringere Werkzeugkosten, weniger Arbeitsschritte und Ausschuss sowie Teile, die trotz geringeren Gewichts nichts an Festigkeit einbüßen. SLS und DMLS haben für die zahlreichen Unternehmen, die Endanwendungsteile mit 3D-Druck herstellen, besonders große Bedeutung.

Die Designüberlegungen von Proto Labs helfen Ihnen dabei, sich bald zu den cleveren Unternehmen zählen zu können.

Auch wichtig: Die Materialauswahl im 3D-Druck

Sie wünschen sich einen schnellen Überblick über die Eigenschaften der Werkstoffe im 3D-Druck – stets griffbereit? Dann ist der Werkstoff-Selektor genau das richtige für Sie.

Jetzt kostenlosen Werkstoff-Selektor für den 3D-Druck bestellen. Limitierte Auflage!

1. Optimierung des Designs

Für ein gutes Design von 3D-Druck-Teilen sind viele der Regeln relevant, die auch für Spritzgussteile gelten. Fließende Übergänge zwischen aneinandergrenzenden Flächen verwenden. Große Differenzen bei Querschnitt und Teilevolumen vermeiden. Scharfe Ecken vermeiden, die im Fertigteil oft eine Restspannung bewirken. Darauf achten, dass dünne, nicht abgestützte Wände nicht zu hoch werden, da es andernfalls zu Beulung oder Verziehung kommen kann. Auch besteht bei Flächen mit flachen Winkeln die Tendenz zu einem hässlichen „Stufeneffekt“, sodass sie sich nicht für kosmetische Merkmale eignen. Deshalb sollten diese nach Möglichkeit abgeflacht werden.

2. Die Tradition über Bord werfen

Die imponierendsten Teiledesigns für den 3D-Druck nutzen die Fähigkeit des Verfahrens, „organische“ Formen wie Wabenstrukturen und komplexe Matrizen zu schaffen. Wagen Sie sich ruhig an diese Formen, sofern sie zur Leichtigkeit und Festigkeit des Teils beitragen. Auch zahlreiche Löcher im Design bereiten grundsätzlich keine Probleme. Bei traditionellen Fertigungsverfahren bedeutet das Bohren von Löchern in ein massives Werkstück höhere Teilekosten und mehr Abfall.

Nicht so beim 3D-Druck, wo mehr Löcher weniger Pulver und kürzere Verarbeitungszeit bedeuten. Und denken Sie daran: Beim 3D-Druck brauchen Löcher nicht rund zu sein. Oft passt eine elliptische, sechseckige oder freie Lochform besser zum Teiledesign und lässt sich mit 3D-Druck leichter realisieren.

Proto Labs
Einige mit DMLS gefertigte Teile erfordern die Oberflächenbearbeitung von Hand, wie hier abgebildet. Geschickteres Teiledesign kann dazu beitragen, diesen oft zeit- und kostenaufwendigen zusätzlichen Nachbearbeitungsschritt zu eliminieren. - Bild: Proto Labs

3. An die nächsten Schritte im Designzyklus denken

Die Tatsache, dass es möglich ist, Teile mit vielen Löchern zu drucken, bedeutet jedoch nicht, dass dies auch zu empfehlen ist. Besonders dann, wenn die Teile später in größeren Mengen gefertigt werden sollen: Da der 3D-Druck beim Design enorme Flexibilität bietet, kann es leicht passieren, dass man sich verrennt und nicht berücksichtigt, wie die Teile nach der Prototypenherstellung gefertigt werden sollen.

Wie die Beispiele am Anfang dieses Design-Tipps zeigen, sehen immer mehr Unternehmen im 3D-Druck ein zur Fertigung von Endanwendungsteilen geeignetes Verfahren, doch wird man bei vielen Teilen bei wachsendem Produktionsvolumen vom 3D-Druck zu Maschinenbearbeitung, Spritzguss oder Guss übergehen. Daher ist es wichtig, rechtzeitig im Designzyklus eine Machbarkeitsanalyse durchzuführen, damit eine kosteneffektive Produktion während des gesamten Teile-Lebenszyklus gewährleistet ist.

4. Sekundäre Arbeitsgänge vermeiden

Kunststoffteile, die mit SLS produziert werden, benötigen während des Aufbaus keine Stützstrukturen, weswegen die Nachbearbeitung in der Regel auf Perlstrahlen, Lackieren, Aufbohren und das Schneiden von Löchern sowie die maschinelle Bearbeitung wichtiger Teilemerkmale beschränkt ist. Bei DMLS dagegen werden oft umfassende gerüstartige Strukturen benötigt, um das Metallwerkstück in seinen Bahnen zu stützen und zu leiten – sonst könnten sich die Oberflächen wellen oder verformen.

Dies gilt besonders bei Geometrien mit Überhängen – breite T-Formen beispielsweise, die Achselstützen benötigen, welche dann herausgefräst oder -geschliffen werden müssen, wodurch Kosten und Vorlaufzeit steigen. Ähnlich, aber weniger dramatisch sieht es bei SL aus, wo Stützen aus gehärtetem Kunststoff mit einem Handschleifer und etwas Schleifpapier entfernt werden können. Sofern möglich, wird Proto Labs die Teile so ausrichten, dass derartige Überhänge und andere Schwierigkeiten reduziert werden, aber Teiledesigner können mithelfen, indem sie solche Merkmale von Anfang an sparsam einsetzen.

Proto Labs, ABS-Kunststoff
Dieses Endanwendungs-Gitterteil aus ABS-Kunststoff wurde von Proto Labs für die Klimasysteme für drei Sea Ray-Luxusyachtmodelle produziert, die von Brunswick Corporation gebaut wurden. - Bild: Proto Labs

5. Auf die Toleranzen achten

Designer und Ingenieure sollten es möglichst vermeiden, die Toleranzvorgaben für ihre Teile zu eng zu bemessen, andernfalls müssen die Teile in dünneren Schichten gefertigt werden, was Druckzeit und Kosten erhöht. In vielen Fällen sind dann sekundäre Bearbeitungsvorgänge erforderlich, um zu strenge Abmessungsvorgaben zu erfüllen. Und weil der 3D-Druck so viele Möglichkeiten für kleinere Fertigungsvolumen bietet, ist die supergenaue Übereinstimmung von Passflächen nicht mehr so wichtig. Das ist ein weiteres Beispiel dafür, wie sich mit dieser Technologie Fertigungskosten sparen lassen

6. Das Große und Ganze im Auge behalten

3D-gedruckte Teile kosten anfangs möglicherweise etwas mehr, aber lassen Sie sich davon nicht abschrecken. Mit diesem Verfahren erschließen sich ungeahnte Möglichkeiten zur Reduzierung der Teilezahl und des Gewichts, zur Erzielung von größerer struktureller Integrität und geringeren Montagekosten sowie zur Fertigung von Innenkanälen für Kühlung oder Leitungen und anderer Merkmale, die bei herkömmlichen Designs nicht möglich sind. Denken Sie auch daran, dass beim 3D-Druck keine Vorrichtungen, Formen oder anderen Werkzeuge benötigt werden - schon allein hierdurch sinken diejenigen Kosten, die nicht direkt mit dem Teil an sich verbunden sind. Wenn Sie sich auf das Preisschild des Teils statt auf die Funktionsfähigkeit des Produkts und den gesamten Lebenszyklus konzentrieren, laufen Sie Gefahr, die gleichen Teile wie bisher zu entwickeln und damit Chancen zu verpassen, die Fertigungskosten insgesamt zu reduzieren.

Weitere Informationen für Ihren Erfolg. Von Proto Labs Experten entwickelt und empfohlen.

Schauen Sie bei unseren Design-Tipps für weitere Informationen vorbei. Kostensenkung, Tricks und Ratschläge für effiziente Konstruktionen und innovative Designs in den Rubriken Spritzguss, CNC-Bearbeitung, 3D-Druck, CAD-Design, Materialien und Rapid Manufacturing. Klicken Sie hier.