Quelle: Formlabs
Zu den wichtigsten Problemen in Zusammenhang mit der konkreten Planung von 3D Druck-Aufträgen gehört die Frage nach der etwaigen Notwendigkeit von Stützstrukturen. Wann sind diese nötig und, wenn ja, warum? All dies muss bei der Konstruktion von 3D Modellen mitbedacht und konstruiert werden.
Betrachten wir daher an dieser Stelle etwas genauer, was es rund um Stützstrukturen zu wissen und zu berücksichtigen gilt.
Welche 3D Druck-Verfahren machen Stützstrukturen notwendig?
Eine Reihe der derzeit verfügbaren additiven Verfahren macht es erforderlich, mit Stützstrukturen zu drucken. In besonderem Maße gilt dies für gängige 3D Druckverfahren, wie den FDM-Druck oder auch für die Stereolithografie (=SLA-Druck), das PolyJet-Verfahren oder den PMMA-Druck.
Keine Stützstrukturen erfordern dagegen insbesondere das Selektive Lasersintern (=SLS-Druck), wie auch das Selektive Laserschmelzen (=SLM-Druck) oder auch (noch) weniger etablierte Verfahren, wie das Color Jet Printing (CJP) oder das LOM(=Laminated Object Modeling)-Verfahren.
Warum sind Stützstrukturen nötig?
Fertigungsbedingt ist es in den oben genannten 3D Druckverfahren nötig, filigrane oder überhängende Strukturen im Druckprozess abzustützen. Diese Strukturen würden andernfalls, der Schwerkraft folgend, einstürzen.
Zu den größten Vorzügen des 3D Drucks gehört die damit einhergehende Designfreiheit, also die Möglichkeit, auch komplexe, filigrane Strukturen zu fertigen, die so mit konventionellen Verfahren nicht möglich wären. Allerdings lassen sich diese komplexeren Geometrien, aus den oben beschriebenen Gründen, nicht so ohne Weiteres in den freien Raum drucken. Für diese Fälle wurden die Stützstrukturen (auch als Supportstrukturen geläufig) entwickelt. Im FDM-/FFF-Verfahren sind diese Stützstrukturen bei Überhängen ab einem Neigungswinkel von 45° nötig.
Auch im Metall 3D Druck sind Stützstrukturen mitunter notwendig, allerdings aus anderen Gründen als in den Kunststoff-basierten additiven Verfahren. Hier besteht die Gefahr weniger darin, dass das Modell beim Drucken einstürzen könnte, als vielmehr darum, drohenden Verzug zu verhindern. So können sich dünne Bereiche des Modells leicht nach oben verbiegen.
Welche Arten von Stützstrukturen gibt es?
Generell wird zwischen 2 Sorten von Stützstrukturen unterschieden: Auf der einen Seite diejenigen, die aus demselben Material wie das Modell bestehen. Auf der anderen Seite haben wir diejenigen Stützstrukturen, welche speziellen, sich vom Modellmaterial unterscheidenden Supportmaterial bestehen. Welche dieser 2 Sorten von Stützmaterial in einem konkreten Druckvorgang zum Einsatz kommt hängt vom jeweils genutzten 3D Druckverfahren ab.
In den Verfahren Stereolithografie, CLIP (=Continuos Liquid Interface Production) und Metall 3D Druck gilt, dass Support- und Modellmaterial immer identisch sind. Dies bedingt allerdings, dass beim Ablösen des Supports „Narben“ am Modell entstehen. Durch Nachbehandlung lassen sich diese „Narben“ allerdings leicht entfernen.
In PolyJet- und MultiJet-Druck kommen dagegen verschiedene Materialien für Support und Modell zum Einsatz. Dies hängt damit, dass in diesen Verfahren mit mehreren Druckköpfen gedruckt wird. Man wählt dabei das Supportmaterial so, dass es leicht vom Modellmaterial unterschieden werden kann. Zugleich wird es auf diese Weise möglich, die Supportmaterialien so zu wählen, dass diese wasserlöslich sind, was deren Entfernung stark vereinfacht. Einen Sonderfall bildet der FDM- bzw. FFF-Druck. Hier hängt es davon ab, ob der jeweilige 3D Drucker mit nur einem oder mehreren Druckköpfen ausgestattet ist. In ersterem Fall werden die Stützstrukturen aus dem gleichen Material wie das eigentliche Modell gedruckt. Die Entfernung des Supports erfolgt dabei entweder durch Abbrechen mit einfachen Werkzeugen oder in einem längeren Eintauchvorgang. Verfügt der FDM-Drucker dagegen über mehrere Druckköpfe, so werden die Stützstrukturen in der Regel aus dem wasserlöslichen Material Polyvinylalkohol (=PVA) gedruckt, was deren Entfernung erheblich vereinfacht.
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