Schwachstellen an Übergängen und Überhängen

Ein weiteres Problem des FDM-Verfahrens ist, dass die Struktur konventionell in einer 2D-Ebene aufgebaut wird, bevor die Z-Achse um einen Höhenschritt weitergefahren wird, um dann den planaren Aufbau im Anschluss von vorne zu beginnen. Dies führt zu einzelnen Schichten im Werkstück, die eine Schwachstelle bei den Übergängen bilden.

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Auch bereitet dieser rein flächige Aufbau Probleme bei überhängenden Geometrien. Hier müssen aufwendig Stützstrukturen mit aufgebaut werden, um das Werkstück während des Drucks zu halten.

Dies verlangsamt den ganzen Druckprozess nicht nur erheblich, sondern erfordert einen nicht zu unterschätzenden zusätzlichen Materialverbrauch. Wirtschaftlich schwierig gestaltet diesen Prozess auch die nachträglich nötige Handarbeit für die Entfernung der zusätzlich gedruckten Stützen. Verfahren, wie etwa ein zweites Material für den Aufbau von löslichen Stützstrukturen zu verwenden, können das Problem zu einem gewissen Grad vereinfachen. Allerdings benötigt man hierfür eine zweite Druckdüse und exotische, teure Materialien wie High-Impact Polystyrene (HIPS) oder Polyvinylalkohol (PVA).

Ein Druck mit verschiedenen Materialien ist zudem immer ein Kompromiss zwischen verschiedenen Druckeigenschaften, und dies auszutarieren, ist in der Praxis nicht einfach. Auch hier ist weiterhin Handarbeit nötig und diese ist immer schwer in einen industriellen Prozess zu integrieren, was den Druck schnell teuer und wenig berechenbar macht.

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Eine Möglichkeit zur Lösung dieser Probleme ist, den Druck nicht wie bisher im zuvor erläuterten 2D + 1D Verfahren zu bewerkstelligen, sondern ihn um die zwei Achsen A und B zu erweitern. Hierbei steht die A-Achse für die Rotation um die X-Achse und die B-Achse für eine Drehung um die Y-Achse.

Dieses Prinzip wird schon seit vielen Jahren in der Fertigung praktisch eingesetzt, jedoch im benachbarten Bereich der CNC-Fräsen. Hier werden komplexe Bauteile entweder im sogenannten 3D + 2D Verfahren gefertigt, bei der die Kartesischen Koordinaten separat und unabhängig von den Rotationsachsen bewegt werden, oder aber im echten 5-Achs-Verfahren, bei dem alle Achsen simultan für eine Bewegung gesteuert werden müssen (Rotated Tool Center Point (RTCP)).

Gerade bei letzterem Verfahren sind die mathematischen Berechnungen der Geometrie recht komplex, entsprechende Softwarelösungen abseits von sehr hochwertigen Industriegeräten noch unbezahlbar und somit für den breiten Anwendungsbereich nicht zugänglich.

Stützenfrei drucken

Dieses Prinzip lässt sich jetzt aber auch auf den FDM-Druck übertragen, wobei hier von großem Vorteil ist, dass anders als bei den Fräsen keine großen Kräfte auf die konstruktionsbedingt etwas labilen Rotationsachsen wirken. Daher lässt sich so ein Aufbau von der Hardware mit recht geringen Zusatzkosten umsetzen und derart ausgestattete Geräte sollten nicht unerschwinglich teuer werden.

Der Vorteil dieses Aufbaus liegt auf der Hand: Durch die geschickte Positionierung der Druckfläche zum Druckkopf können die für den FDM-Druck so kritischen Überhänge jenseits von 45° ganz einfach aufgelöst werden. Indem das Bauteil auf der Druckplatte entsprechend gekippt wird, lässt sich der Druckwinkel zur Düse entsprechend reduzieren und die sonst notwendigen Stützstrukturen können entfallen.

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 Für jedes Problem gibt es ein passendes FDM-Verfahren3D-Druck auf unebenen Flächen 
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derdiedas 06. Dez 2021 / Themenstart

Deshalb habe ich mir einen Ultraschallreiniger gekauft (3L), der ist mit Isophropanol...

PULVERMEISTER 30. Nov 2021 / Themenstart

Wir haben dazu inzwischen die 4te Iteration auf der Formnext in Frankfurt präsentiert...

Garbagecollect 30. Nov 2021 / Themenstart

Heute und morgen gibt es die Digital Days der Formnext. Ist natürlich kein Ersatz die...

ashahaghdsa 30. Nov 2021 / Themenstart

Ich sehe Patente auch sehr zwiegespalten. Zum einen soll jemand, der sich was großartiges...

ashahaghdsa 30. Nov 2021 / Themenstart

Evtl. würde ich das Werbevideo dann gegen den TED Talk tauschen oder so. Weil da sieht es...

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