Lernen Sie Best Practices für den 3D-Druck von einem Profi

Es mag den Anschein haben, dass der 3D-Druck eine durch und durch moderne Technologie ist, aber Tatsache ist, dass er in der Branche schon seit Jahrzehnten eingesetzt wird. Das Einzige, was wirklich neu ist, ist, dass die Drucker billig und klein genug geworden sind, dass Leute wie wir einen kaufen und ihn auf unsere Werkbank stellen können. Warum also nicht all das Wissen nutzen, das diejenigen gesammelt haben, die im Bereich des 3D-Drucks, genauer gesagt der additiven Fertigung, tätig sind, seit MakerBot die Herstellung von Holzdruckern eingestellt hat?

Aus diesem Grund haben wir Eric Utley, einen Anwendungsingenieur bei Protolabs, gebeten, diese Woche beim Hack Chat vorbeizuschauen. Mit über 15 Jahren Erfahrung in der additiven Fertigung kann man mit Recht sagen, dass die Technologie einige ziemlich große Veränderungen durchgemacht hat. Er hat an allem gearbeitet, von der klassischen Stereolithographie (SLA) bis hin zu den neueren Multi Jet Fusion (MJF)-Druckern, mit einem aktuellen Schwerpunkt auf dem Drucken von Metallen wie Inconel und Aluminium. Im Vergleich zu den 3D-Druckern, mit denen er gearbeitet hat, spielen wir im Grunde mit heißen, halbgeschmolzenen LEGOs – aber das bedeutet nicht, dass einige der Lektionen, die er gelernt hat, nicht auch auf Bastlerebene angewendet werden können.

Der Chat begann mit Fragen darüber, wie Erics Alltag aussieht und mit welchen tollen Maschinen er spielen kann. Schließlich werden nicht viele von uns Zugang zu einem Drucker haben, der etwas von der Größe eines Automotors ausspucken kann, also müssen wir stellvertretend durch andere leben, die glücklicher sind als wir. Dies führte zu einer Art Einführung in die verschiedenen Drucktechnologien, die derzeit von den „Big Boys“ sowohl für Kunststoff- als auch für Metallteile verwendet werden.

Anstelle von Fused Deposition Modeling (FDM), dem Prozess, mit dem unsere Desktop-Drucker arbeiten, hat Eric laut Eric die meiste Zeit mit irgendeiner Form des Sinterns zu tun. Dafür gibt es mehrere Gründe, aber einer der wichtigsten ist die Geschwindigkeit. Da beim Drucken mehrerer Objekte kein Zeitaufwand entsteht, können sie die gesamte Druckfläche beanspruchen und so ihre Effizienz maximieren. Eric erinnert sich, dass in einem einzigen Fall 3.000 Einzelteile in einem einzigen 48-Stunden-Druck gedruckt wurden.

Schließlich wandte sich die Diskussion dem eigentlichen Design von Teilen zu, die für einen 3D-Drucker bestimmt sind, wo die Dinge wohl am besten für Heimspieler geeignet sind. Eric erwähnte, dass beim Sintern und Jet-Fusion-Druck keine Stützen erforderlich sind, da der pulverförmige Kunststoff selbst eine Art Gerüst für das Teil beim Aufbau bildet. Aber selbst wenn das Teil mit einer Technologie hergestellt wird, die Stützmaterial erfordern würde, versuchen gute Designer, dies so weit wie möglich zu vermeiden. Vor allem in den Bereichen Medizin und Luft- und Raumfahrt, wo interne Stützen Probleme bereiten könnten. Wie sich herausstellt, ähneln die Regeln hier ziemlich denen, die wir mit Desktop-Maschinen gewohnt sind, z. B. darauf zu achten, dass Winkel steiler als 45° eingehalten werden, und Fasen anstelle von harten Kanten zu verwenden.

Interessanterweise sagt Eric, eines der größten Probleme sei die Wandstärke. Offensichtlich gibt es für jede Kombination aus Material und Drucktechnologie eine minimale Wandstärke, aber darüber hinaus kann eine schnelle Variation der Wandstärke eines gedruckten Metallteils zu unterschiedlicher Schrumpfung führen, die das gesamte Teil beeinträchtigen kann. Wenn Sie bei Ihrem Entwurf keine einheitliche Wandstärke verwenden können, empfiehlt er, die Übergänge so fließend wie möglich zu gestalten, beispielsweise durch die Verwendung von Verrundungen.

Es war auch einigermaßen beruhigend zu hören, dass es selbst bei hochwertigen industriellen 3D-Druckern immer noch Probleme mit der Maßhaltigkeit gibt. Ein typisches Beispiel: Löcher an der Seite von Gegenständen. Eric sagt, dass Öffnungen oben und unten kein großes Problem darstellen, da es sich im Wesentlichen um einen Stapel zweidimensionaler Formen handelt, aber sobald man ein Loch an der Seite des Objekts hat, erhöht sich die Schichthöhe des Drucks eine neue Variable. Das Problem ist so schwerwiegend, dass, wenn ein Teil Löcher an der Seite benötigt, dies oft in einem zusätzlichen Bearbeitungsschritt behandelt wird: Bei Kunststoffteilen werden die Löcher nach dem Drucken gebohrt, bei Metallteilen werden die Öffnungen mit den richtigen Toleranzen bearbeitet. Genau wie zu Hause!

Tatsächlich ist bei Metallteilen in der Regel ein erheblicher Bearbeitungsaufwand erforderlich, nachdem sie aus dem Drucker kommen. Eric sagt, dass selbst im besten Fall darauf geachtet wird, dass ein Metallteil nach dem Druck zu 95 % fertig ist. Von dort aus ist fast immer ein Gang in die Maschinenwerkstatt zum Reinigen nötig. Aber er sagt auch, dass dies nicht wirklich eine auf den 3D-Druck beschränkte Eigenart ist und dass gegossene Metallkomponenten oft einen ähnlichen Grad an Nachbearbeitung benötigen, um die Details richtig hinzubekommen. Als Nebeneffekt stellt er fest, dass diejenigen, die Erfahrung in der Konstruktion von Gussteilen haben, bei der Umstellung auf additive Fertigung tendenziell gut zurechtkommen.

Wir möchten Eric dafür danken, dass er sich die Zeit genommen hat, uns diese Woche im Hack Chat zu besuchen. Auch wenn wir vielleicht nie mit der Geräteklasse arbeiten, die ihm zur Verfügung steht, haben wir es genossen, von den kleinen Details zu hören, die sie mit unseren weitaus einfacheren Desktop-Druckern gemeinsam haben – es ist eine gewisse Genugtuung zu wissen, dass selbst die Profis gelegentlich mit den gleichen Problemen zu kämpfen haben das tun wir.

Der Hack Chat ist eine wöchentliche Online-Chat-Sitzung, die von führenden Experten aus allen Bereichen des Hardware-Hacking-Universums veranstaltet wird. Es ist eine großartige Möglichkeit für Hacker, auf unterhaltsame und informelle Weise Kontakte zu knüpfen. Wenn Sie es jedoch nicht live schaffen, sorgen diese Übersichtsbeiträge sowie die auf Hackaday.io veröffentlichten Transkripte dafür, dass Sie nichts verpassen.