Leitfaden für FFF/FDM 3D-Modellierung

Exostruct bietet Ihnen den Service zur Modellierung von 3D-Objekten. Wenn Sie über grundlegende IT Kenntnisse verfügen, können Sie die 3D-Modelle auch eigenständig entwerfen. Dabei sollten Sie einige Punkte für die Modellierung berücksichtigen, um 3D-Drucke mit dem FFF/FDM Druckverfahren bestmöglich umsetzten zu können. Dies soll zum Erreichen von maximaler Druckqualität mit bestmöglicher Effizienz dienen.

Grundlagen der Modellierung

Beim Erstellen von 3D-Objekten ist es wichtig zu beachten, dass das gedruckte Modell später den Regeln der Physik entsprechen muss. Das bedeutet, dass das Modell stabile Strukturen haben und den Grundsätzen der Statik folgen sollte. Ein stabiles Fundament ist hierbei ein guter Anfang.

Bei der Modellierung sollten auch Variationen auf mikroebene berücksichtigt werden. Diese werden beim Druck entweder ignoriert oder beeinträchtigen das endgültige Druckbild. Es ist wichtig, die Grenzen und Möglichkeiten der realen Umsetzung zu berücksichtigen, wenn man das Ideal in der Modellierung anstrebt.

Um sicherzustellen, dass die Bemaßungen des Modells den Grenzen des gewählten Druckverfahrens entsprechen, kann man sich an den Werten der Startseite oder dem Portfolio von Exostruct orientieren. Je nach gewähltem Druckverfahren gibt es spezifische Einschränkungen und Empfehlungen, die bei der Erstellung des 3D-Modells berücksichtigt werden sollten.

Volumenkörper

Damit der 3D-Druck möglich ist, müssen 3D-Objekte volumetrische Eigenschaften aufweisen. Auch wenn ein Objekt nur einen Rahmen darstellen soll, ist es nicht ausreichend, das 3D-Modell lediglich auf eine Ebene zu beschränken. Die Wände des Objekts müssen neben Höhe und Breite auch eine gewisse Tiefe haben, um druckbar zu sein. Es ist auch wichtig, dass zusammenhängende Körper fest miteinander verbunden sind. Es reicht nicht aus, mehrere Körper optisch auf eine Ebene zu bringen. Stattdessen sollte man auf Extrusion und Verformung von Körpern setzen, um ein druckfähiges Modell zu erhalten. Mit einer geeigneten Software kann dies umgesetzt werden.

Wandstärke

Die Wandstärke hat einen direkten Einfluss auf die Stabilität, Ästhetik und Genauigkeit des gedruckten Modells. Eine zu geringe Wandstärke kann dazu führen, dass das Modell instabil ist und während des Druckprozesses brechen kann. Eine zu große Wandstärke kann dagegen dazu führen, dass das Modell unästhetisch und schwerer als nötig wird.

Es ist wichtig, die Wandstärke im Verhältnis zur Größe des Modells zu betrachten. Bei kleinen Modellen kann eine geringere Wandstärke ausreichend sein, während bei größeren Modellen eine höhere Wandstärke erforderlich sein kann, um die Stabilität sicherzustellen.

Es ist auch wichtig, die Wandstärke an verschiedenen Stellen des Modells zu berücksichtigen. Bereiche mit höherer Belastung, wie beispielsweise Verbindungspunkte oder tragende Strukturen, sollten eine höhere Wandstärke haben als Bereiche mit geringerer Belastung.

Entwerfen von Aussparungen

Der Entwurf von Aussparungen kann für den 3D-Druck sehr nützlich sein, da sie dazu beitragen können, das Gewicht des Modells zu reduzieren, das Druckmaterial zu sparen und die Druckzeit zu verkürzen. Aussparungen sind Löcher oder Hohlräume in einem 3D-Modell, die in der Regel während des Modellierungsprozesses hinzugefügt werden.

Bei der Gestaltung von Aussparungen für den 3D-Druck müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Zunächst müssen die Abmessungen der Aussparungen sorgfältig berechnet werden, um sicherzustellen, dass sie ausreichend groß sind, um das Gewicht des Modells zu reduzieren, aber nicht so groß, dass sie die strukturelle Integrität des Modells beeinträchtigen. Es ist auch wichtig, dass die Aussparungen so gestaltet werden, dass sie das Druckmaterial nicht daran hindern, das Modell vollständig auszufüllen.

Eine weitere Überlegung bei der Gestaltung von Aussparungen ist die Platzierung. Aussparungen sollten so platziert werden, dass sie das Modell nicht beeinträchtigen oder schwächen. Sie können in bestimmten Bereichen des Modells platziert werden, um das Gewicht des Modells zu reduzieren und gleichzeitig seine Festigkeit zu erhalten. Die Platzierung von Aussparungen kann auch dazu beitragen, dass das Modell schneller und effizienter gedruckt wird.

Einsatz von Fase und Rundung

Das Hinzufügen von Fasen und Rundungen ist ein wichtiger Aspekt der Modellierung für den 3D-Druck. Diese Techniken helfen dabei, das Risiko von Kantenbrüchen und Rissen im gedruckten Modell zu minimieren und können dazu beitragen, die Gesamtqualität und Haltbarkeit des Modells zu verbessern.

Eine Fase ist eine schräge Kante oder Fläche, die an der Kante eines Objekts angebracht ist. Sie wird oft verwendet, um scharfe Kanten zu entfernen und das Risiko von Brüchen zu minimieren. Fasen können auch dazu beitragen, dass das gedruckte Modell leichter aus der Druckplatte entfernt werden kann, indem sie eine schräge Oberfläche schaffen, die das Ablösen des Modells erleichtert.

Eine Rundung, auch als Fillet bezeichnet, ist eine abgerundete Kante oder Fläche, die an der Kante eines Objekts angebracht ist. Rundungen helfen dabei, die Ecken eines Objekts zu glätten und die Belastung auf die Kanten des Modells zu reduzieren. Dadurch wird das Risiko von Kantenbrüchen und Rissen minimiert und die Haltbarkeit des Modells verbessert.

Beim Einsatz von Fasen und Rundungen in der Modellierung für den 3D-Druck sollten einige wichtige Faktoren berücksichtigt werden. Die Größe der Fase oder Rundung sollte angemessen sein, um das Risiko von Kantenbrüchen und Rissen zu minimieren, ohne die Funktionalität oder das Aussehen des Modells zu beeinträchtigen. Darüber hinaus sollten die Fasen und Rundungen an den richtigen Stellen platziert werden, um die Belastung auf die Kanten des Modells zu minimieren und die Gesamtqualität und Haltbarkeit des gedruckten Modells zu verbessern.

Umgang mit Überhängen

Beim 3D-Druck können Überhänge ein Problem darstellen, da das Material ohne Stützstruktur nicht in der Lage ist, sich in der Luft zu halten. Wenn ein Objekt eine Ausbuchtung oder einen Überhang hat, der größer als 45 Grad ist, kann es ohne Unterstützung nicht gedruckt werden. Das bedeutet, dass das Material, das in der Luft gedruckt wird, eine Stützstruktur benötigt, um zu verhindern, dass es durchhängt oder abbricht. Diese Stützstruktur kann später nach dem Druck entfernt werden.

Um Überhänge beim 3D-Druck zu vermeiden oder zu minimieren, besteht eine Möglichkeit darin, die Ausrichtung des Drucks zu ändern. Auf diese Weise können Überhänge vermieden werden, indem das Objekt so positioniert wird, dass die Überhänge auf eine minimale Größe reduziert werden oder gar nicht mehr vorhanden sind. Durch die Änderung der Druckrichtung können Überhänge vermieden werden, was dazu beiträgt, dass das Objekt ohne zusätzliche Stützstrukturen gedruckt werden kann. Dies kann die Druckzeit und die Materialkosten reduzieren und die Qualität des gedruckten Objekts verbessern. Es ist jedoch wichtig zu berücksichtigen, dass die Ausrichtung des Objekts auch andere Faktoren wie die Oberflächenqualität und die Stabilität beeinflussen kann.

Umgang mit Stützstruktur

Das Drucken von Überhängen ist nicht immer ohne den Einsatz von gedruckten Strukturen möglich, welche das 3D-Druck-Objekt während des Druckvorgangs stützen. Durch den Einsatz von Stützstruktur kommt der Druck zwar meist ohne Probleme zu seiner gewünschten Form, jedoch kann das Entfernen von Stützstruktur nach dem Druck Spuren hinterlassen, welche sich nicht ganz einfach entfernen lassen. Oberflächen können nach dem Einsatz von Stützstruktur nicht mehr wie meist gewünscht rein und glatt ausfallen und der Materialaufwand wird durch den Einsatz von Stützstruktur erhöht. Es gilt also zu vermeiden, den Einsatz von Stützstrukturen erforderlich werden zu lassen. Um den Einsatz von Stützstruktur zu vermeiden, ist es meist hilfreich, den Druck in mehrere Einzelteile zu zerlegen. Diese können nach dem Druck wieder manuell zusammengefügt werden.

Eigenheiten der Filamente

PLA (Polylactid)

Beim Modellieren für den 3D-Druck mit PLA (Polylactid) gibt es einige wichtige Faktoren zu beachten, um sicherzustellen, dass das gedruckte Objekt qualitativ hochwertig und funktionsfähig ist.

PLA hat eine geringere Schmelztemperatur als andere 3D-Druckmaterialien, wodurch es schneller verformt und schmilzt. Wenn das Objekt zu groß oder komplex ist, kann es zu Verzerrungen oder Fehldrucken kommen. Es ist daher wichtig, das Modell so zu gestalten, dass es in kleinere Teile aufgeteilt werden kann, um es effizienter und stabiler zu drucken.

Zudem hat PLA eine begrenzte Fähigkeit, überhängende Teile zu drucken, ohne dass sie abbrechen oder sich verformen. Daher ist es wichtig, Überhänge auf ein Minimum zu reduzieren oder sie mit geeigneten Stützstrukturen zu stützen, die nach dem Druck entfernt werden können.

Es ist wichtig, die Wandstärke und Infill-Dichte des Objekts zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass es stabil und stark genug ist. Eine zu dünne Wand oder ein zu niedriger Infill kann dazu führen, dass das Objekt leicht bricht oder schwach ist.

PLA neigt dazu, eine glatte und glänzende Oberfläche zu haben, was es ideal für dekorative Objekte macht. Wenn das Modell jedoch Details oder Texturen aufweist, sollte dies bei der Modellierung berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass sie auf der gedruckten Version präzise und gut definiert sind.

TPU (Thermoplastisches Polyurethan)

TPU (Thermoplastisches Polyurethan) ist ein Material, das beim 3D-Druck verwendet werden kann, um flexible und haltbare Teile herzustellen. Wenn Sie ein 3D-Modell für den Druck mit TPU erstellen, gibt es einige Dinge zu beachten.

TPU erfordert in der Regel eine dickere Wandstärke als andere Materialien, um Verzerrungen und Verformungen während des Druckvorgangs zu vermeiden. Eine Wandstärke von mindestens 1 mm wird empfohlen.

Da TPU flexibel ist, kann es schwieriger sein, es zu drucken und Formen zu erhalten. Stützstrukturen können dabei helfen, das Material während des Drucks in der gewünschten Form zu halten. Achten Sie darauf, die Stützstrukturen so zu platzieren, dass sie leicht entfernt werden können, ohne das endgültige Teil zu beschädigen.

ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)

ABS ist ein thermoplastisches Polymer, das oft für den 3D-Druck verwendet wird, um Teile mit hoher Stabilität und Festigkeit zu erzeugen. Wenn Sie ein 3D-Modell für den Druck mit ABS erstellen, gibt es einige Dinge zu beachten.

ABS erfordert in der Regel eine ausreichende Wandstärke, um Verzerrungen oder Verformungen während des Druckvorgangs zu vermeiden. Eine Wandstärke von mindestens 2 mm wird empfohlen.

Zudem kann ABS schwieriger zu drucken sein als andere Materialien. Es kann daher notwendig sein, Stützstrukturen zu verwenden, um das Material während des Drucks in der gewünschten Form zu halten. Achten Sie darauf, die Stützstrukturen so zu platzieren, dass sie leicht entfernt werden können, ohne das endgültige Teil zu beschädigen.

PP (Polypropylen)

PP ist ein thermoplastisches Polymer, das für seine hohe Schlagfestigkeit und Zähigkeit bekannt ist. Wenn Sie ein 3D-Modell für den Druck mit PP erstellen, gibt es einige Dinge zu beachten.

PP erfordert in der Regel eine ausreichende Wandstärke, um Verzerrungen oder Verformungen während des Druckvorgangs zu vermeiden. Eine Wandstärke von mindestens 1,5 mm wird empfohlen.

Es kann notwendig sein, Stützstrukturen zu verwenden, um das Material während des Drucks in der gewünschten Form zu halten. Achten Sie darauf, die Stützstrukturen so zu platzieren, dass sie leicht entfernt werden können, ohne das endgültige Teil zu beschädigen.

PA12+CF15 (Polyamid 12 mit 15% Kohlefaseranteil)

PA12+CF15 ist ein Material, das für den 3D-Druck von Teilen mit hoher Festigkeit und Steifigkeit verwendet wird. Wenn Sie ein 3D-Modell für den Druck mit PA12+CF15 erstellen, gibt es einige Dinge zu beachten.

PA12+CF15 erfordert in der Regel eine ausreichende Wandstärke, um Verzerrungen oder Verformungen während des Druckvorgangs zu vermeiden. Eine Wandstärke von mindestens 2 mm wird empfohlen.

Es kann notwendig sein, Stützstrukturen zu verwenden, um das Material während des Drucks in der gewünschten Form zu halten. Achten Sie darauf, die Stützstrukturen so zu platzieren, dass sie leicht entfernt werden können, ohne das endgültige Teil zu beschädigen.

Die Kohlefaserpartikel in PA12+CF15 verleihen dem Material eine anisotrope Struktur. Das bedeutet, dass das Material in verschiedenen Richtungen unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweist. Wenn Sie ein Teil entwerfen, das starken Belastungen ausgesetzt sein wird, ist es wichtig, dass Sie es so ausrichten, dass die Kraft entlang der Achsen der Kohlefaserpartikel verläuft, um die maximale Festigkeit zu gewährleisten.

Geeignete Software für Modellierung

Es gibt eine Vielzahl von Software-Optionen für die Modellierung von 3D-Druck-Objekten, sowohl kostenlose als auch kostenpflichtige. Wir haben hier einmal die beliebtesten Lösungen aufgelistet.

Tinkercad

Eine kostenlose, webbasierte Modellierungssoftware von Autodesk, die für Anfänger einfach zu bedienen ist.
Tinkercad kann hier kostenlos im Browser verwendet werden.

Fusion 360

Fusion 360 ist eine umfangreiche, kostenpflichtige Modellierungssoftware von Autodesk, die für fortgeschrittene Benutzer geeignet ist.
Fusion 360 kann hier kostenlos getestet oder kostenpflichtig erworben werden.

SketchUp

Eine intuitiv zu bedienende Software für die Modellierung von 3D-Objekten, die sowohl eine kostenlose als auch eine kostenpflichtige Version anbietet.
SketchUp kann hier kostenlos getestet oder kostenpflichtig erworben werden.

Blender

Eine kostenlose, Open-Source-Software für 3D-Modellierung und Animation, die für fortgeschrittene Benutzer geeignet ist. Beim Export gilt es hierbei zu beachten, dass der richtige Multiplikator für die Skalierung gewählt ist.
Blender kann hier kostenlos heruntergeladen werden.

Shapr3D

Shapr3D ist eine professionelle 3D-CAD-Software, die speziell für den Einsatz auf iPad-Tablets entwickelt wurde. Die Software ermöglicht es, präzise 3D-Modelle zu entwerfen und zu bearbeiten, indem Sie einfach mit dem Finger oder einem Apple Pencil auf dem Bildschirm zeichnen. Die Software ist ebenfalls für Apple Mac und Windows Geräte erhältlich.
Shapr3D kann hier kostenlos getestet oder kostenpflichtig erworben werden.

Die Wahl der geeigneten Software hängt letztendlich von den individuellen Anforderungen und Fähigkeiten ab.

Exportieren von 3D-Objekten

Es gibt mehrere Dateiformate, die für den Export von 3D-Modellen zum 3D-Druck geeignet sind. Die gängigsten Dateiformate werden im Folgenden kurz beschrieben.

3MF (3D Manufacturing Format)

Das 3MF-Format ist ein Dateiformat für 3D-Modelle, das speziell für den 3D-Druck entwickelt wurde. Dieses Format bietet eine höhere Präzision und bessere Kontrolle über die Druckparameter als das STL-Format, das bisher das am häufigsten verwendete Format für den 3D-Druck war.

STL (Standard Tessellation Language)

Dieses Format ist das am häufigsten verwendete Format für den 3D-Druck. Es wandelt das Modell in eine Reihe von Dreiecken um, die das Modell darstellen.

OBJ (Wavefront Object)

Dieses Format ist ebenfalls ein gebräuchliches Format für den 3D-Druck und kann Farbinformationen und Texturen speichern, welche für den 3D-Druck jedoch irrelevant sind.

AMF (Additive Manufacturing File Format)

Dieses Format ermöglicht eine höhere Präzision und bessere Kontrolle über die Druckparameter, jedoch wird es weniger häufig verwendet als STL und OBJ.

Andere Formate wie PLY und VRML können ebenfalls verwendet werden, sind aber nicht so verbreitet wie die oben genannten. Es ist wichtig, das richtige Dateiformat für den 3D-Druck zu wählen, um sicherzustellen, dass das Modell korrekt gedruckt wird.

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