Design-Tipps für den 3D-Druck mit Direktem Metall-Lasersintern

Das direkte Metall-Lasersintern (DMLS) ist ein Fertigungsverfahren, mit dem 3D-Metalldrucke aus Metallpulver herstellt werden können. Mit Hilfe dieser Fertigungstechnologie lassen sich hochdetaillierte und komplexe Teile mit exzellenter Präzision herstellen. Der Erfolg Ihres DMLS 3D-Druckprojekts hängt jedoch stark von der Qualität des entworfenen 3D-CAD-Modells ab.

In diesem Leitfaden besprechen wir die wichtigsten Konstruktionstipps zur Optimierung Ihrer Designs für das direkte Metall-Lasersintern.

Größenbeschränkungen

Beim DMLS sind Größenbeschränkungen von entscheidender Bedeutung, da diese die Maße festlegen, bei deren Über- oder Unterschreitung es beim Drucken zu Problemen kommen kann. Einige der Größenbeschränkungen des DMLS lauten wie folgt:

• Maximale Größe: 250 x 250 x 325 mm
• Minimale Merkmalgröße: 1,5 mm für Strukturmerkmale und 0,75 mm für ästhetische Merkmale
• Schichtdicke: Je nach Material 0,02 – 0,08 mm

Toleranzen

Das DMLS-3D-Druckverfahren ist in der Lage Teile mit Toleranzen von ±0.2% (0,1 – 0,2 mm) herzustellen. Enge Toleranzen sind in der Herstellung mit höheren Kosten verbunden. Daher sollten Toleranzen nur bei Merkmalen angegeben werden, die diese auch benötigen, wie z.B. bei Gegenstücken und Bauteilen, die mit anderen Teile zusammenpassen müssen. Hierbei sollten geometrische Begebenheiten berücksichtigt werden, so können beispielsweise Eigenspannungen während des Drucks und Hilfsstrukturen zu Toleranzabweichungen und Unebenheiten führen. Falls eine hohe Ebenheit für das entworfene Bauteil von entscheidender Bedeutung ist, dann ist DMLS möglicherweise nicht die beste Wahl.

Stützstrukturen

DMLS ist ein 3D-Druckverfahren, bei dem das Bauteil schichtweise angefertigt wird. Die zu druckende Schicht baut auf zuvor gedruckte Schichten auf. Bei bestimmten Geometrien wie Überhängen, Bögen und schrägen Flächen mit einem Winkel über 30° kommt es zu Bereichen, die nicht von einer vorherigen Schicht unterstützt werden. Daher müssen Stützstrukturen, die nicht im fertigen Bauteil nicht vorkommen, in die Konstruktion einbezogen werden. Diese sorgen während des Drucks für die notwendige Unterstützung, werden aber anschließend bei der Nachbearbeitung entfernt.

Stützstrukturen sind auch notwendig, um ein Verziehen (Warping) des 3D-Drucks zu minimieren oder zu vermeiden, um das Teil auf dem Druckbett zu verankern und eine Verschiebung des Teils durch die Kraft des DMLS-Beschichters zu verhindern. Stützstrukturen führen, auch wenn sie häufig notwendig sind, zu höheren Herstellungskosten, da mehr Material und Zeit aufgewendet wird, auch wenn sie anschließend wieder entfernt werden. Eine Möglichkeit, das Teil selbsttragender zu machen und die Anzahl der notwendigen Stützstrukturen zu verringern, besteht in der Konstruktion von Winkeln gleich oder kleiner als 30° und dem Einsatz von Ausrundungen und Fasen an Ecken.

Abstände zwischen Merkmalen

Aufgrund der Wärmeabgabe des Lasers an das umgebende Pulver während des DMLS erzeugt der Laser eine Schmelze

Während des DMLS gibt der Laser Wärme an das umgebende Pulver ab.

Da der Laser während des DMLS Wärme an das umgebende Pulver abgibt, entsteht ein Schmelzsee, dessen Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser des Lasers. Daher kann es dazu kommen, dass zu eng beieinanderliegende Merkmale zusammenschmelzen. Eine weitere mögliche Folge ist die Erzeugung von Bereichen mit ungesintertem Pulver, das zwischen gesinterten Bereichen feststeckt. Zur Vermeidung dieser negativen Auswirkungen sollte zwischen Merkmalen mindestens 0,5 mm Abstand gelassen werden.

Hohle Bauteile und Ablauflöcher

Zur Verringerung des Materialverbrauchs und des Gewichts des fertigen Teils können Teile hohl konstruiert werden. In den meisten Fällen wird die Funktion des fertigen Teils dadurch nicht beeinträchtigt. Bei hohlen Teilen sollten Ablauflöcher in den Entwurf integriert werden, damit das restliche ungesinterte Pulver aus dem Hohlraum entfernt werden kann.

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