Konstruktions-Richtlinien für die Fertigung im SLS-Verfahren

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Auf dieser Seite haben wir einige relevante Informationen für Sie zusammengefasst. In den folgenden Abschnitten präzisieren wir die 7 wichtigsten Empfehlungen:

  1. Die Funktion folgt dem Design
  2. Integration von Funktionen
  3. Gleichmässige Wandstärken (Spritzgussrichtlinien)
  4. Kraftverlaufsanalyse
  5. Spannungsoptimierung
  6. Materialwahl
  7. Fertigung von grossen Bauteilen

Die Funktion folgt dem Design

Bislang galt in der konventionellen Technologie stets der Ansatz, dass ein konstruiertes Teil so ausgelegt werden soll, dass es mit konventionellen Fertigungstechnologien herstellbar ist.
Auch im SLS-Verfahren gibt es selbstverständlich Limiten wie z.B. minimale Wandstärken von mind. 0,4 mm, Hohlräume aus denen die manuelle Entfernung des Pulvers möglich ist, Limiten in der Oberflächengüte durch den Schichtaufbau, Limiten in Bezug auf Toleranzen, etc.
Dennoch lohnt es sich, bei einer neuen Konstruktion, die für die additive Fertigung ausgelegt ist, sich zuerst die Funktion zu überlegen und dann dieser Funktion zu folgen, anstelle z.B. von einem „Klotz“ auszugehen, in den man Bohrungen einfügt, wo man Konturen abfräst, etc. Befreien Sie sich von Ihren Erfahrungen mit den bisherigen Technologien, stellen Sie sich vor, Sie hätten eine Knetmasse und würden Ihr neues Bauteil von Hand formen. Lassen Sie Ihrer Fantasie freien Lauf. Ein guter Ansatzpunkt ist es auch, sich Gedanken zu machen, wie in der Natur eine ähnliche Struktur organisch wachsen würde.
Vielleicht ist es in Ihrem CAD-Programm nicht gerade einfach anzuwenden, aber Freiformflächen sind bei uns vollkommen willkommen! Denken Sie nicht mehr eckig, gerade und quadratisch, sondern nutzen Sie Schwung, Kurven, Rundungen, Schrägen, Radien. Durch den Einsatz von runden Geometrien sparen Sie nicht nur Material, sondern können z.B. auch Spannungsspitzen reduzieren.

Integration von Funktionen

Ein zweiteiliges Werkstück mit einem Gelenk? Warum nicht gleich direkt in einem SLS-Bauteil aufbauen lassen? Schnappverschlüsse? Gewinde? Profilführungen? Federfunktionen? Faltenbälge? Filmscharniere? Wir setzen Ihrer Fantasie keine Grenzen – dies sind höchstens Ihre bisherigen Erfahrungen, welche Sie limitieren! Denken Sie einfach daran, dass wir mit Energie arbeiten – Sie sollten also zwischen zwei beweglichen Teilen einen Abstand von mind. 0,3 mm lassen, damit das Teil wirklich beweglich sein wird. Funktionelle Bauteile sind nicht immer ganz einfach, im ersten Wurf zu erstellen. Insbesondere mit dem Polyamid 12 lässt sich sehr gut spielen – denn dünnwandige Stellen werden extrem flexibel und biegsam – ein Stück PA 12 mit einer Dicke von 0,4 mm lässt sich fast wie ein Stück Papier falten, ohne dass es reisst!

Gleichmässige Wandstärken (Spritzgussrichtlinien)

Mit dem Spritzguss haben wir nicht nur gemeinsam, dass wir Kunststoff verarbeiten, sondern insbesondere auch, dass es sich um ein thermisches Verfahren handelt. Wir bauen Ihre Bauteile bei rund 170° C, anschliessend müssen sie Ihren Weg beschreiten in Richtung Raumtemperatur, ergo kühlen sie ab und sind dabei dem Materialschwund unterlegen. Je gleichmässiger das Material verteilt ist in dem Bauteil, desto gleichmässiger schwindet auch das Bauteil.
Manchmal ist es nicht gerade einfach, Materialansammlungen zu vermeiden. Versuchen Sie es dennoch, in dem Sie mit Hohlräumen, Verstrebungen, Stütz- oder Wabenstrukturen, Fachwerk, etc. arbeiten. Holen Sie sich auch hier Inspiration aus der Natur, aus Ihrer Umgebung, aus der Architektur.
Lassen Sie auch den wirtschaftlichen Aspekt nicht aus den Augen; leichte Bauteile mit wenig versintertem Material können wir auch günstiger anbieten wie grosse Materialansammlungen!

Kraftverlaufsanalyse


Überlegen Sie sich, wo an Ihrem Bauteil Zug- und/oder Druckkräfte wirken. Selbstverständlich können Sie das mit entsprechender Software machen, simple Überlegungen können aber auch schon in Skizzenform in einem Entwurf zu Papier gebracht werden. So erreichen Sie Topologie Optimierung und dies hilft Ihnen auch bei den Überlegungen des vorangegangenen Punktes, wo Sie letztlich auf Material verzichten können.
Vergessen Sie auch nicht, sich Gedanken über die mechanischen Eigenschaften in den jeweiligen Achsebenen zu machen – dies kann auch zu unterschiedlicher Materialwahl führen, dazu gleich mehr im übernächsten Abschnitt.

Spannungsoptimierung

Die Eckigkeit vor allem der Frästechnologie führt häufig zu ungewünschten Sollbruchstellen, denn Winkel, Kanten und Ecken vor allem in den häufig angewendeten 45° und 90° begünstigen Spannungsspitzen, welche zum verfrühten Versagen des Bauteils führen können. Auch hier empfehlen wir wieder den Blick auf die Natur – oder haben Sie schon einmal einen scharfen rechten Winkel auf einem Baum gesehen? Die Natur arbeitet eher mit Abrundungen.

Materialwahl

Wir verfügen über eine gewisse Auswahl an sinterbaren Materialien, jedoch sind unsere Möglichkeiten im Vergleich zu Spritzguss natürlich eingeschränkt, weil sich nicht jeder Kunststoff für den Laser-Sinter-Prozess eignet. Häufig ist es aber auch gar nicht entscheidend, dass wir genau das Material einsetzen, was in der Vergangenheit vielleicht eben im Spritzguss gewählt wurde oder dass Sie früher gedreht oder gefräst haben. Bringen Sie folgende Gedanken mit zu der korrekten Materialauswahl:

  • Mechanische Eigenschaften, Festigkeit, Steifigkeit, Biegedehnung, etc.
  • Thermische Eigenschaften
  • Optische Eigenschaften
  • elektrischer Widerstand / Leitfähigkeit / Isolationsfähigkeit
  • Einsatzfall

Mit diesen Überlegungen werden wir in der Lage sein, Ihnen das korrekte Sintermaterial zu empfehlen. Sie werden überrascht sein, zu welchen Resultaten diese Diskussionen gelegentlich führen!

Fertigung von grossen Bauteilen

Grosse Bauteile haben den Nachteil, dass sie einerseits einen grossen Platzbedarf in der Maschine benötigen und damit auch ziemlich teuer werden, andererseits kommt ev. auch noch ein hoher Aufwand an Material dazu. Am grossen Platzbedarf können wir aber arbeiten: Sie können nämlich das Bauteil CAD-technisch trennen – anschliessend besteht die Möglichkeit, die einzelnen Elemente wieder zu fügen. Überlegen Sie sich natürlich auch, wie die Fügung erfolgen soll, z.B. durch Kleben oder auch durch Schrauben. Sehen Sie die entsprechenden Verbindungsmethoden vor und denken Sie daran, dass Leim auch Platz benötigt oder dass wir für Schrauben entsprechende Gewinde benötigen.

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