Was ist Verzug?
Ein Verzug von Bauteilen kann bei vielen 3D-Druck-Verfahren auftreten – vor allen dann, wenn Temperaturänderungen involviert sind. Dann kann es zu Materialschrumpfungen kommen mit der Folge, dass sich die Ecken des Bauteils anheben und von der Bauplatte lösen.
Von dieser unerwünschten Begleiterscheinung des 3D-Drucks sind am stärksten die Stereolithografie (SLA) und das das Selektive Lasersintern (SLS) betroffen. Beim Digital Light Processing (DLP) kann es ebenfalls zu Verzug kommen.Die Folgen sind aber weniger schwerwiegend, weil der Bauraum kleiner ist.
Unser Quickparts-Team wird Sie darauf aufmerksam machen, wenn Verzug droht, und auch die Ursache dafür benennen. Wir achten dabei auf potenzielle Probleme in allen Bereichen und besprechen sie mit Ihnen – von der Formgebung und der CAD-Datei des zu druckenden Bauteils über die Temperatur in unserer Fertigung sowie während des Transportes. Ein Ergebnis des Austauschs könnte z.B. sein, dass wir die Versandzeiten ändern, das Bauteil in einem temperaturkontrollierten Versandbehälter versenden oder Anpassungen an der CAD-Datei vornehmen.
Diese Faktoren begünstigen Verzug
Welche Faktoren können Verformungen und Verzug von SLS- und SLA-Bauteilen begünstigen? Hier sind einige Faktoren, die sich auf Ihr Endprodukt auswirken können.
Geometrie
Die Geometrie, die Größe und die Formgebung des Bauteils haben Einfluss darauf, ob sich ein Bauteil verzieht. Dünne, flache Teile (wie eine Schachtel) neigen im Allgemeinen ebenso dazu wie Teile mit dickeren Wandstärken. Grundsätzlich ist jede ebene Bauteilfläche Bereich, die länger als etwa 150 mm ist, verzugsgefährdet.
Beim 3D-Druck von Kunststoffen dehnen sich die Materialien zunächst leicht aus und ziehen sich dann beim Abkühlen zusammen. Während des Bauprozesses kann der Wärmestau im Drucker dazu führen, dass sich die Teile verziehen. Wenn sich das Material dann zu sehr oder zu schnell zusammenzieht, kann sich das Bauteil von der Bauplatte abheben. Wir verfolgen das Ziel, die Temperatur während des gesamten Druckprozesses zu kontrollieren, um diesem Faktor entgegenzuwirken.
Manchmal lässt sich das Bauteil auch während der Herstellung anders ausrichten und neigt dann weniger zu Verzug. Das funktioniert aber nicht immer. In anderen Fällen können Sie oder wir Verstrebungen hinzufügen. Aber Vorsicht: Verstrebungen in rechteckigen Teilen können dazu führen, dass das Bauteil sich verdreht, was noch unangenehmer sein kann als Verzug.
Werkstoffe
Wir können SLS-Projekte mit einem anderen Material bauen, wenn wir wissen, dass sich das Teil verziehen wird, und einige Materialien bergen ein größeres Verzugsrisiko als andere. Wenn unser Kunde ein flaches Teil von annehmbarer Größe benötigt, raten wir ihm in der Regel, es mit SLA zu bauen, weil wir wissen, dass das Teil mit SLS nicht flach sein wird. Oder wir raten zur Verwendung eines anderen Materials, von dem wir wissen, dass es besser funktioniert.
Wichtig ist auch der Verwendungszweck des Bauteils. Mit einigen SLS-Materialien lassen sich robuste Teile erzeugen, die wiederholt montiert oder in gewissem Umfang auch «missbraucht», d.h. stark beansprucht werden. Oft kann es sinnvoll sein, das Bauteil in mehreren Teilen zu drucken und zusammenzubauen – je nach den Anforderungen und dem Einsatzzweck. Die Maßhaltigkeit ist dann oft besser sein als die eines Monoblockteils, das ein größeres Risiko der Verformung birgt. Auch das Verfahren spielt eine Rolle: Ein Messe-Exponat, das nur vorsichtig behandelt wird, lässt sich in der Regel gut mit SLA drucken. Aber bei einem Teil, das z.B. in einen Antrieb eingebaut wird oder stundenlange Tests überstehen muss, ist in der Regel SLS die bessere Wahl.
Endbearbeitung
Auch die vorgesehene Oberflächenbearbeitung kann zu Verformungen führen. Bei lackierten SLA- oder SLS-Teilen ist das durchaus der Fall – vor allem, wenn sie nur auf einer Seite lackiert werden. Dieser Aspekt wird nicht so sehr von der Temperatur als vielmehr von der Geometrie beeinflusst. Ein flaches, nur auf einer Seite lackiertes Teil neigt zu Verzug.
Externe Faktoren
Hitze und Feuchtigkeit sind die wichtigsten externen Faktoren, die eine Verformung eines 3D-Druckteils verursachen. Lagerung und Transport in heißer Umgebung reichen schon aus, um Verzug zu erzeugen. Insbesondere die Kombination von Hitze und hoher Luftfeuchtigkeit kann bei einigen 3D-Druckverfahren kritisch sein. Hier kommt wieder der Faktor «Material»ins Spiel. Deshalb verwenden wir in unserer französischen Produktionsstätte ausschließlich ein Hochtemperatur-Verbundmaterial (HST) für die Herstellung von SLS-Teilen. Die Beimischung von Glasfasern begrenzt hier die Schrumpfung entlang der X-Achse des Teils und trägt so dazu bei, das Risiko von Verformungen zu verringern. Darüber hinaus ist das HST-Material für höhere Temperaturen ausgelegt.
Unser Team im Süden der USA vermeidet es, SLS-gedruckte Teile freitags zu versenden, insbesondere in den heißen Sommermonaten. Wenn die Teile zu Verformung neigen könnten, werden sie zwar in Isolierboxen verpackt.Diese Boxen halten aber nur 24 Stunden die Temperatur und sind keine Lösung für ein ganzes Wochenende.
Was können Sie sonst tun?
Sprechen Sie mit uns! Unsere Experten leisten Unterstützung, damit sich Ihr Bauteil nicht verzieht,wenn es auf Maßhaltigkeit oder Festigkeit erfordert. Sie können auch andere Materialien oder 3D-Druck-Verfahren empfehlen, die für Ihren Zweck bessere Ergebnisse erzielen.
Wenn Sie Kosten senken möchten oder einen sehr engen Terminplan haben, sollten Sie das unserem Team ebenfalls mitteilen. Manchmal ist es teurer (sowohl zeitlich als auch finanziell), ein Teil neu zu drucken, als es mit einem anderen und besseren Material oder einem anderen Verfahren zu drucken.
Dabei kommt es immer darauf an, wie Sie das Teil verwenden wollen. Bei SLS wird ein haltbareres Material verwendet, und die Langlebigkeit des Teils ist besser. Mit SLA können flache Teile präziser gedruckt werden, aber die Haltbarkeit ist nicht so groß wie die von SLS-Bauteilen.
Wenn Sie bei Ihrem Bauteil mit einer leichten Verformung bzw. mit Verzug in einem bestimmten Bereich «leben» können, ein anderer Bereich aber perfekt eben sein muss, können wir unter Umständen auch eine technisch und wirtschaftlich überzeugende Lösung bieten. Dabei arbeiten wir immer mit Blick auf Ihre Ziele und bemühen uns, mit dem von Ihnen ursprünglich gewählten Verfahren und Material zu drucken.
Fazit
Der 3D-Druck ist keine exakte Wissenschaft, und es gibt keine allgemeingültigen Regeln für diese Materialien. Der Verzug gehört in gewisser Weise zum Verfahren. Wir tun zwar alles, was in unserer Macht steht, um sicherzustellen, dass sich das Teil nicht verzieht, aber wir können nicht immer sagen, was passiert, bevor es gedruckt ist – selbst mit unserer wirklich umfassenden Erfahrung nicht. Manchmal bleibt uns keine andere Wahl, als das Bauteil oder den Prototypen einmal zu drucken und zu schauen, ob Verzug auftritt. In jedem einzelnen Fall sind wir bestrebt, die Ziele und Erwartungen unserer Kunden zu erfüllen.
Wir wissen auch, dass die Terminplanung oft eng ist und Sie so schnell wie möglich präzise Teile benötigen. Deshalb bemühen wir uns, dass unsere Kunden keine Zeit mit Nacharbeiten oder mit Problemen (wie eben Verzug) verlieren, die vermieden werden könnten.
Wenn Sie auf der Suche nach einem erfahrenen Partner für additive Fertigung und 3D-Druck sind, sollten Sie sich am besten noch heute über unsere additiven Fertigungsmöglichkeiten informieren.
Wir helfen Ihnen dabei, Ihre Projekte voranzutreiben – fordern Sie jetzt ein Angebot an oder kontaktieren Sie einen Quickparts-Experten.
