In der additiven Fertigung sind hohe Geschwindigkeiten ein wichtiger Erfolgsfaktor. Die entscheidende Frage ist: wie komme ich ohne Qualitätsverlust zu deutlich schnelleren Produktionsgeschwindigkeiten? Hier hilft es, zu wissen, wie 3D-Druckgeschwindigkeiten definiert sind, was sie für Ihre gedruckten Bauteile bedeuten, und welche Methoden die Produktion beschleunigen. Mehr dazu finden Sie in unserer ausführlichen Orientierungshilfe.
Wie wird 3D-Druckergeschwindigkeit definiert?
Die Geschwindigkeit eines 3D-Druckers wird oft mit der Geschwindigkeit des Druckkopfs gleichgesetzt: je schneller der Druckkopf sich bewegt und das Filament ablegt, desto schneller ist ein Teil gedruckt. Doch ganz so einfach ist es nicht.
Obwohl die Geschwindigkeit des Druckkopfs das Tempo beeinflusst, in dem das Filament auf dem Druckbett abgelegt wird, ist sie nur einer von mehreren Faktoren, die die Gesamtdruckzeit bestimmen. Es lohnt sich, die 3D-Druckgeschwindigkeiten für den FFF-Prozess etwas weiter zu fassen, und den 3D-Druckprozess von Anfang (Vorbearbeitung) bis Ende (Nachbearbeitung) zu betrachten.
Jeder Schritt im FFF-3D-Druckprozess verlängert die Zeit von 3D-Modell zu fertigem Produkt. Das bedeutet glücklicherweise, dass man durch Optimierung bestimmter Einstellungen und Elemente im Druckprozess die 3D-Druckgeschwindigkeit insgesamt erhöhen kann. Wir betrachten die Geschwindigkeit etwas umfassender, und berücksichtigen neben der eigentlichen Druckzeit auch den Aufwand vor und nach dem Drucken.
Welche Faktoren beeinflussen die 3D-Druckgeschwindigkeit?
Wenn man die Geschwindigkeit des 3D-Druckprozesses erhöhen und optimieren will, muss man wissen, welche Faktoren während der Vorbehandlung, Erstellung und Nachbereitung eine Rolle spielen.
Pre-Processing
In der Vorbehandlung werden 3D-Modell und 3D-Drucker auf den Druckprozess vorbereitet. Hier bestimmen drei Stufen, wie lange ein 3D-Druck dauert.
Vorbereitung des 3D-Modells
Die Vorbereitung des 3D-Modells beinhaltet auch die Auswahl der Parameter und bevorzugten Druckeinstellungen. Entscheidungen, die während der Vorbereitung des 3D-Modells fallen, beeinflussen die Druckdauer stark. Je nachdem, wie das 3D-gedruckte Teil auf dem Druckbett orientiert wird, braucht man weniger oder sogar keine Stützen, was die Druckdauer verringert. Slicer-Programme wie BigRep BLADE bieten oft automatische Einstellungen – z.B. die automatische Ausrichtung des Modells – zur Optimierung dieser Features; sie müssen also nicht erst lange nach den richtigen Parametern forschen.
Slicen
Slicer-Software übersetzt 3D-Modelle in eine Sprache, die für 3D-Drucker verständlich ist. Dieser Prozess braucht Zeit, insbesondere bei hochkomplexen 3D-Modellen und zu großen STL-Dateien. Sie können die Auflösung Ihres 3D-Modells, die Schichthöhen und Fülldichten anpassen, um die Slice-Dauer zu beeinflussen.
Regelmäßige Updates für Ihre Slicer-Software können Fehler beseitigen, die die Verarbeitung verlangsamen.
Kalibrierung des 3D-Druckers
Die Kalibrierung stellt sicher, dass Ihr 3D-Drucker korrekt positioniert ist, und dass alle Komponenten, z.B. Extruder, Motoren und Achsen ausgerichtet sind. Während eine manuelle Kalibrierung mehrere Stunden dauern kann, bieten viele FFF 3D-Drucker eine automatische Kalibrierung, die in nur wenigen Minuten abgeschlossen ist.
3D Druckzeit
Die Druckzeit beschreibt, wie lange ein 3D-Drucker braucht, um ein Objekt zu drucken. Sie macht den zeitaufwändigsten Teil im 3D-Druckprozess aus. Verschiedene Druckereinstellungen und Hardwarefeatures können die Druckzeiten erhöhen oder verringern.
3D-Druckgeschwindigkeit
Die Druckgeschwindigkeit beschreibt das Tempo, in dem sich das Extrudersystem des 3D-Druckers bewegt, wenn es Filament extrudiert. Die Druckgeschwindigkeit wird in Millimetern pro Sekunde gemessen (mm/s), und die meisten FFF 3D-Drucker sind in der Lage, Druckgeschwindigkeiten zwischen 40 mm/s und 150 mm/s zu erreichen. Diese Einstellung kann zusätzlich die Druckqualität beeinflussen: je schneller der Extruder, desto weniger präzise der Druck.
Bewegungsgeschwindigkeit
Die Bewegungsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich der Druckkopf bewegt, wenn er kein Filament extrudiert. Oft kann die Bewegungsgeschwindigkeit höher sein als die Druckgeschwindigkeit, ohne die Qualität zu beinträchtigen. Ist sie jedoch zu hoch, kann das zu Mängeln im 3D-Druck führen, wie z.B. zu geometrischen Ungenauigkeiten oder im schlimmsten Fall zu einem Versatz einzelner Schichten.
Welche Bewegungsgeschwindigkeit akzeptabel ist, hängt stark von der mechanischen Struktur Ihres 3D-Druckers ab. Mit robusterem Gestell und Portal hinterlassen auch höhere Bewegungsgeschwindigkeiten keine Vibrationsspuren auf dem Bauteil.
Schichthöhe
Dieser Wert bestimmt, wie dick jede gedruckte Schicht wird, und hat einen direkten Einfluss auf die Druckgeschwindigkeit. Je größer die Schichthöhe, desto weniger Schichten benötigt der Druck, und desto schneller die Produktion Ihres Bauteils. Mit zunehmender Schichtdicke reduziert sich jedoch die Druckauflösung.
Düsendurchmesser
Ein korrekt gewählter Düsendurchmesser ermöglicht ein schnelleres Drucktempo. Je größer der Düsendurchmesser, desto breiter ist jede gedruckte Linie. Damit ist es unter Umständen nicht notwendig, mehrere Umrissschichten zu drucken, um eine bestimmte Wandstärke zu erreichen. Ein breiterer Düsendurchmesser ermöglicht auch größere Schichthöhen.
Fülldichte
Der Fülldichteanteil – die interne Struktur, die die Außenhaut eines 3D-gedruckten Teils stützt – kann die Druckgeschwindigkeit stark beeinflussen. Je niedriger die Fülldichte, desto weniger Material wird benötigt, was wiederum die Druckzeit verringern kann.
Allerdings bedeuten niedrige Fülldichten auch weniger Festigkeit, man muss also die richtige Mischung aus Geschwindigkeit und Qualität finden.
Stützstrukturen
Stützstrukturen sind notwendig, um Überhänge und Brücken zu stützen, aber sie führen auch zu längeren Druckzeiten für 3D-Modelle. Die Muster, Dichten und andere Einstellungen der Stützstrukturen beeinflussen deren Druckzeit. Sie können die Druckzeit verringern, indem sie Ihr Modell auf dem Druckbett so orientieren, dass möglichst wenige Stützstrukturen nötig sind.
Nachbearbeitung
Wenn ein 3D-gedrucktes Teil vom Druckbett genommen wird, benötigt es eine gewisse Nachbearbeitung. Bei Prototypen und Komponenten in Bastlerqualität sind die Nachbearbeitungszeiten oft minimal. Fertigteile und visuelle Prototypen benötigen dagegen oft aufwändige Nachbearbeitung.
Entfernen der Stützstrukturen
Wenn Ihr 3D-Modell mit Stützstrukturen gedruckt wurde, müssen diese entfernt werden. Wie leicht sie zu entfernen sind, hängt von deren Typ und Anzahl ab.
Manche Stützen können in wenigen Sekunden von Hand entfernt werden, während man bei anderen spezielles Schneidewerkzeug benötigt, um eine Beschädigung des 3D-gedruckten Teils zu verhindern. Wird ein 3D-Drucker mit dualen Extrudern und einem löslichen Material verwendet, können diese Stützen einfach und schnell entfernt werden.
Schleifen und Polieren
3D-gedruckte Bauteile, die eine hohe Oberflächengüte benötigen, müssen geschliffen und poliert werden. Da beide Schritte von Hand ausgeführt werden müssen – mit Schleifpapier, Polierpaste oder Poliertuch – kann das sehr zeitaufwändig sein, vor allem bei größeren Drucken.
Mechanische Methoden wie Trommellackierung und Sandstrahlen sind zwar komplexer, doch sie stellen bei großen Chargen die schnellere Option dar.
Grundieren und Beschichten
Grundieren, Anstreichen und Beschichten sind optionale Nachbearbeitungsprozesse. Die dafür benötigte Zeit ist abhängig von der verwendeten Technik (z.B. Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung oder Bemalung von Hand), der Größe des gedruckten Teils, und der Größe der Charge.
Tauchbeschichtung kann z.B. die Nachbearbeitung für in Chargen produzierte Teile beschleunigen, während eine Sprühbeschichtung bei großen Drucken die effizientere Wahl sein kann.
Fazit
Die 3D-Druckgeschwindigkeit beruht nicht nur auf dem Tempo des Druckkopfs in mm/s: viele andere Faktoren haben einen Einfluss darauf, wie lange es dauert, einen 3D-Druck fertigzustellen. In der Vorbehandlungsphase können die Modellvorbereitung, das Slicing und die Parameterauswahl optimiert werden, um die Verarbeitung zu beschleunigen.
In der Druckphase haben verschiedene Einstellungen und Hardwareentscheidungen einen direkten Einfluss auf die Geschwindigkeit und Qualität eines 3D-Drucks. Und nicht zuletzt wird die Gesamtdruckzeit auch davon bestimmt, wie viel Nachbearbeitung ein durch FFF-3D-Druck produziertes Teil benötigt.
Mit dem Wissen, wie Druckgeschwindigkeit und Bauteilqualität zusammenhängen, können Sie durch das Optimieren dieser Schritte die Druckgeschwindigkeit erhöhen und den Druckprozess insgesamt effizienter machen.
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