Konstruktionsrichtlinien / Design Guide

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Support bei Überhängen

Bei den DLP Bottom-Up 3D-Druckverfahren muss bei der Konstruktion darauf geachtet werden, dass beim Schicht-für-Schicht-Aufbau die Folgeschicht möglichst ≤ als die bereits gedruckte 3D-Schicht ist. Bei steilen Überhängen ist es im Randbereich nicht der Fall. Hier gilt die Regel:

Bei Überhängen > 45° wird eine Supportstruktur empfohlen.
Bei Überhängen > 60° ist ein Support zwingend erforderlich.

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Support vermeiden

Supportstruktur hinterlässt nach dem Entfernen leichte Abdrücke. Deshalb ist es vorteilhaft, durch geschickte Konstruktion auf Support zu verzichten.

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Plötzliche Querschnittssprünge vermeiden

Plötzliche Querschnittssprünge haben zur Folge, dass die Schwindung bei den nachfolgenden thermischen Behandlungen die Wahrscheinlichkeit einer Rissbildung signifikant erhöht. Diese Problematik kann leicht mit Verrundungen umgangen werden.

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Maximale Abmessungen / Bounding Box (Bauraum)

Das zur Verfügung stehende effektive Bauvolumen ist: 81,9 x 51,4 x 156,8 mm für Aluminiumoxid und 75,3 x 47,2 x 146,5 mm für Zirkonoxid. Diese Werte gelten bereits abzüglich der Schwindung beim Sintern.

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Genauigkeit

Die Genauigkeit des Prozesses wird hauptsächlich durch die Schwindung beim Sinterprozess bestimmt. Die Schwindungsprozesse werden von uns bei der Herstellung kontrolliert. Hierbei gelten folgende Toleranzen: ± 1 % des Längenmaßes aber maximal ± 0,1 mm. Durch iterative Näherung können höhere Genauigkeiten erreicht werden.

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Mindestabstand

Wenn die Konturen eines Bauteils einen zu kleinen Abstand haben, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Abstand geringer als im CAD-Modell ausfällt oder sogar die Lücke durch das Material geschlossen wird und die Konturen sich unerwünschterweise zu einer verschmelzen. Die technische Ursache für dieses Phänomen ist die Überpolymerisation des Ausgangsmaterials.

Empfehlung: Abstand von 0,5 mm einhalten

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Verzug beim Sintern

Große, dünne Flächen neigen auf Grund mangelnder Steifigkeit zu einem Verzug beim Sintern. Deshalb wird empfohlen, bei solchen dünnen Flächen Steifigkeitsrippen bei der Konstruktion zu benutzen.

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Freistehende Wand

Dünne, vertikal freistehende Wände sind bei der additiven Herstellung besonders risikobehaftet. Hier spielt die mangelnde Steifigkeit sowohl beim Sintern als auch beim 3D-Drucken eine Rolle. Die Einflussfaktoren für die Steifigkeit sind die Höhe der Wand und die Wanddicke. Bei der Konstruktion werden folgende Verhältnisse empfohlen:
1. y = 3 mm, x eingeschränkt nur durch den Bauraum
2. y = 1 mm, x < 5 mm
3. y = 0,15 mm, x < 2 mm
4. y = 0,15 mm bei sich gegenseitig stützenden Wänden
          (z. B. Kreuzprofil), x eingeschränkt nur durch den Bauraum

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Maximale Wandstärke

Aufgrund der notwendigen Entbinderung, bei der eine thermische Zersetzung und Entgasung des Polymers stattfindet, muss die Wandstärke je nach Material < X* mm sein. Dickere Wandstärken erhöhen signifikant die Rissbildungswahrscheinlichkeit bei thermischer Behandlung. Durch Konstruktionsanpassungen (Ein- und Durchdringungen, Vertiefungen) lassen sich auch stärkere Wandungen realisieren.

*FormAlox 999 = 4 mm, FormAlox 998 = 5 mm, FormAcon 3Y = 2 mm

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Freie Überhänge

Bei Überhängen von 60° – 90° wird ein Teil der aktuell entstehenden Schicht nicht gestützt. Das Verfahren ist so ausgelegt, dass eine Länge von < 1 mm toleriert werden kann. Freie Überhänge > 1 mm wären zwar fertigbar, würden jedoch eine Deformation zur Folge haben.

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Durchdringungen

Es wird empfohlen, die Durchdringungen > 0,4 mm zu halten. Kleinere Durchdringungen können zwar hergestellt werden, jedoch besteht die Wahrscheinlichkeit, dass beim Reinigungsprozess Materialreste an den Innenflächen haften bleiben.

Folge: Die Durchdringung fällt unerwünscht kleiner aus.

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Kanäle

Ähnlich wie bei den Durchdringungen ist bei den Kanälen der Reinigungsprozess nach dem 3D-Druck der limitierende Faktor.

Fazit: Die Kanäle sollten > 1 mm sein.

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Ausgehöhltes Bauteil

Im Bauteil dürfen keine eingeschlossenen Hohlräume vorkommen. Eine Öffnung ist notwendig, damit das überflüssige Material bei der Reinigung entfernt werden kann.

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Eingeschlossene Teile

Eingeschlossene Teile sind prinzipiell möglich, sollten aber nach Möglichkeit vermieden werden. Während der thermischen Behandlung durchlaufen die Teile eine Phase, bei der die Polymeranteile bereits entfernt sind, aber die Sinterung noch nicht eingesetzt hat. Hier dürfen die Bauteile keinerlei mechanischer Belastung ausgesetzt werden, was bei eingeschlossenen Teilen kaum zu gewährleisten ist.

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Gewinde

Metrische Gewinde ≥ M2 stellen für die additive Herstellung kein Problem dar, selbst wenn beide Teile - Schraube und Mutter - aus Keramik bestehen.

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Geometriebeschaffenheit

Für die Haftung an der Bauplattform ist eine flache Ausgangsfläche erforderlich. Wenn das nicht der Fall ist, wird eine Supportstruktur benötigt.

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Pixelauflösung

Die effektive Pixelauflösung - unter Berücksichtigung der Schwindung - beträgt 32 Mikrometer.

Konstruktionsrichtlinien zum Download:

 

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