• Konstruktion für die additive Fertigung

Konstruktion für die additive Fertigung

Kann ein 3D-Modell konstruiert für die zerspanende Fertigung einfach so für die additive Fertigung genutzt werden?

Nein! Damit die Vorzüge der additiven Fertigung voll ausgeschöpft werden können, gibt es wesentliche Unterschiede in den Konstruktionsrichtlinien zu denen der zerspanenden Fertigung. Je nach additivem Fertigungsverfahren, Maschine/Anlage, Material und Qualitätsanforderungen können diese Vorgaben variieren.

Ein wesentlicher Unterschied ist bspw., dass je nach Baulage, Flächen welche flacher 45° zur Bauplatte sind Supportstrukturen benötigen. In der Konstruktion sollte dies bereits berücksichtigt und die Supportstrukturen auf ein Minimum reduziert werden, denn diese führen zu

  • erhöhter Bauzeit und Materialbedarf
  • erhöhtes Postprocessing (Supportentfernung und Nachbearbeitung supportbehafteter Flächen)

Dies mussten wir auch bei unserem Mars-Fahnenmast, dessen Design wir im Rahmen eines Ideenwettbewerbs gesucht und gefunden haben, feststellen. Das Design wurde ohne Angaben zur Fertigungstechnologie (hybride Fertigung) erstellt und musste für die Fertigung noch einmal komplett neu konstruiert werden, um Supportstrukturen zu reduzieren und so Material und Kosten zu sparen.

In Zusammenarbeit mit AMbitious powered by Toolcraft haben wir die Konstruktionsänderungen für den Mars-Fahnenmast besprochen und umgesetzt.

Bild: Vergleich von Design des Fahnenmastes (links) mit Neukonstruktion für die additive Fertigung (rechts).

Was haben wir geändert?

  • Optimierung der Steigung der Helices zur Einhaltung des Winkels von 45°, um Supportstrukturen zu vermeiden
  • Erhöhung der Helices von 4 auf 6, um nach der Anpassung des Winkels die Harmonie des Designs beizubehalten
  • Optimierung der Wandstärke und Verstärkung nach unten hin
  • Anbindung und Design des Auslegers - luftiges AM-Gitterdesign mit Ösen zur Aufnahme der Fahne

Nachdem wir zunächst versucht hatten, die Änderungen am bestehenden Modell vorzunehmen, haben wir schlussendlich den Fahnenmast unter Einhaltung der Konstruktionsrichtlinien in NX CAD neu aufgebaut, da das CAD-Programm, mit dem der Fahnenmast ursprünglich konstruiert wurde, an seine Grenzen kam.
 

Was gilt es grundsätzlich bei der Konstruktion für die additive Fertigung zu berücksichtigen?

Bei der Konstruktion eines Bauteils für die additive Fertigung spielen viele Faktoren hinein. Die Konstruktionsrichtlinien unterscheiden sich entsprechend des additiven Fertigungsverfahrens, der Maschine/Anlage, des Materials und der Qualitätsanforderungen. Pauschale Vorgaben, was ein Konstrukteur zu berücksichtigen hat, sind daher schwer zu treffen. Wir haben jedoch einige Punkte zusammengetragen, auf die man bei der Konstruktion für die additive Fertigung im Pulverbett (L-PBF) achten sollte:
 

Oberflächenqualität und Ausrichtung

  • Die Aufbaurichtung eines Bauteils beeinflusst die Oberflächenqualität
  • Winkel (β) kleiner als 45° benötigen Supportstrukturen und neigen zu einer schlechteren Oberflächengüte
Konstruktionsrichtlinien additive Fertigung L-PBF


Bildquelle: Toolcraft
 

Überhänge und Radien:

  • Möglichst selbsttragende Geometrien für die Prozessstabilität
  • Überhangswinkel von β = >45 sind optimal und benötigen keine Supportstrukturen 
  • Radien ≥ 3 mm sind kritisch und führen zu einer ungenügenden Konturgenauigkeit
     

Wandstärke und Abstände: 

  • Einhaltung ausreichender Wandstärken, um Verzug und Brüche zu vermeiden
  • Wandstärkenverteilung sollte möglichst homogen sein
     

Hohlräume: 

  • Überflüssiges Material vermeiden unter Berücksichtigung des Kraftverlaufs, spart Gewicht und Kosten
  • Innere Einschlüsse von Pulver vermeiden und in der Konstruktion bereits entsprechende Öffnungen zur Entfernung berücksichtigen
     

Dies sind nur einige ausgewählte Fertigungsrestriktionen. AMbitious powered by Toolcraft bietet spezielle Schulungen zur Konstruktion additiv gefertigter Bauteile an.

Nutzen Sie das volle Potenzial der additiven Fertigung und beginnen Sie mit einer fundierten Schulung Ihrer Mitarbeiter bei AMbitous powered by Toolcraft!


Mehr erfahren

 

Whitepaper: Vorteile der additiven Fertigung

Die Vorteile der additiven Fertigung und warum additiv nicht ohne subtraktiv funktioniert? Das erfahren Sie in diesem Whitepaper!

Jetzt downloaden

Kontaktieren Sie uns und erfahren Sie noch mehr über unsere Möglichkeiten

*Pflichtfelder