Konstruktion für den 3D-Druck: Überhänge, Brücken und Stützen
FDM baut das Teil Schicht für Schicht auf, und jede Schicht braucht eine Auflage. Als Richtwert lassen sich Überhänge bis etwa 45° zur Senkrechten ohne Stützen drucken. Steilere Flächen brauchen Stützmaterial, das Zeit, Material und Nacharbeit kostet und eine schlechtere Oberfläche hinterlässt.
Wir zeichnen die Geometrie deshalb so um, dass keine Stützen nötig sind. Fasen mit 45° ersetzen Rundungen auf der Unterseite, waagerechte Bohrungen erhalten oben eine Tropfenform, und große ebene Decken werden mit Rippen geteilt. Gerade Brücken zwischen zwei Auflagen gelingen typisch bis 10–20 mm problemlos. Längere Brücken sind möglich, hängen aber etwas durch. Die richtige Ausrichtung auf der Bauplatte löst oft mehr als jede Geometrieänderung.
Wo Stützen unvermeidbar sind, legen wir sie auf Flächen, die weder sichtbar noch funktionsrelevant sind. Stützen lassen sich auch als dünne, abbrechbare Rippen ins Modell zeichnen. Das gibt mehr Kontrolle als die automatischen Stützen des Slicers und hinterlässt sauberere Flächen.
Wandstärke und Detailgröße
Die minimale Wandstärke bestimmt die Düse. Mit einer 0,4-mm-Düse ist eine Bahn etwa 0,4–0,45 mm breit, und eine haltbare Wand sollte 2–3 Bahnbreiten haben, also 0,8–1,2 mm. Belastete Teile erhalten 1,6–2,4 mm, was vier bis sechs Perimetern entspricht. Wände als exaktes Vielfaches der Bahnbreite ergeben einen saubereren Druck ohne dünne Füllstreifen.
In der Höhe bestimmt die Schichthöhe die Auflösung, typisch 0,1–0,3 mm. Eine Höhe von 5,1 mm wird bei 0,2-mm-Schichten daher zu 5,0 oder 5,2 mm. Kleine Bohrungen unter 1–2 mm und Text mit weniger als etwa 0,5 mm Strichbreite werden undeutlich. Funktionsdetails, die scharf sein müssen, zeichnen wir deshalb mit Reserve oder bohren sie nachträglich auf.
Dünne, hohe Details können zudem schwingen, wenn die Düse vorbeifährt. Schmale Türme und Stifte erhalten daher einen breiteren Fuß oder eine Hilfsstruktur, die nach dem Druck abgebrochen wird. Das ergibt schärfere Details und weniger Fehldrucke.
Toleranzen und Spiel für Passungen
Ein FDM-Druck hält typisch einige Zehntelmillimeter, abhängig von Werkstoff, Größe und Richtung. Bohrungen werden oft etwas kleiner als gezeichnet. Das liegt daran, dass der Kreis aus kurzen geraden Segmenten entsteht und der Kunststoff schwindet. Die erste Schicht wird etwas breitgedrückt, der sogenannte Elefantenfuß. Deshalb fasen wir die Unterkante von Teilen, die an etwas anliegen sollen.
Für bewegliche Passungen konstruieren wir mit einem Spiel von 0,2–0,4 mm je Seite als Richtwert, für Presspassungen mit 0–0,1 mm. Gelenke, die fertig montiert gedruckt werden (Print-in-Place), erhalten 0,3–0,5 mm. Schwindende Werkstoffe wie ASA und PA brauchen mehr. Bei kritischen Passungen drucken wir zuerst ein kleines Probestück mit mehreren Spielen und wählen das passende. Den Hintergrund liefert der Ratgeber zu Toleranzen.
Die Maße hängen auch von der Lage des Teils ab. Eine senkrecht stehende Bohrung wird runder und maßhaltiger als eine liegende. Teile mit wichtigen Bohrungen richten wir daher so aus, dass die Bohrungen nach oben zeigen, sofern das mit den Festigkeitsanforderungen vereinbar ist.
Gewinde, Einsätze und Schraubverbindungen
Schrauben direkt in Kunststoff funktionieren für einmalige Montage, das Gewinde verschleißt aber schnell. Für häufig gelöste Verbindungen verwenden wir Einschmelzmuttern aus Messing, die mit dem Lötkolben eingesetzt werden. Die Bohrung zeichnen wir nach den Maßen des Einsatzherstellers. Die Wand um den Einsatz sollte mindestens 1,5–2 mm betragen, damit nichts reißt.
Alternativen sind Sechskanttaschen für normale Muttern oder modellierte Gewinde. Modellierte Gewinde funktionieren gut ab etwa M6 und bei groben Gewinden an Deckeln und Dosen. Kleinere Gewinde schneiden wir lieber nachträglich mit dem Gewindebohrer. Selbstfurchende Kunststoffschrauben funktionieren ebenfalls, wenn die Bohrung nach Empfehlung des Schraubenherstellers gezeichnet und der Schraubdom mit Rippen zur Wand abgestützt wird. In Vorrichtungen kombinieren wir Einsätze oft mit Bohrbuchsen aus Metall, wo der Verschleiß hoch ist.
Ausrichtung und Anisotropie
Ein FDM-Teil ist nicht in alle Richtungen gleich fest. Die Haftung zwischen den Schichten ist schwächer als der Strang selbst, und die Festigkeit in Aufbaurichtung liegt oft bei der Hälfte oder weniger der Festigkeit in der Schichtebene. Deshalb legen wir die Druckrichtung früh fest und zeichnen das Teil danach: Schnapphaken liegen in der Schichtebene, Schraubdome werden mit Rippen zur Wand abgestützt.
Manchmal ist es besser, ein Teil zu teilen und zu verschrauben, als eine schlechte Ausrichtung zu erzwingen. Wir ergänzen Fixierstifte und Verbindungen, damit die Teile richtig montiert werden. Haben Sie eine vorhandene Datei, die angepasst werden soll, beginnen wir oft damit, STL in STEP umzuwandeln. Mehr zu Verfahren und Werkstoffen im [[g_3dutskrift|Ratgeber Designregeln für den 3D-Druck]].
Die Füllung bedeutet weniger, als viele denken. Liegt sie bereits bei 20–40 %, bringen zusätzliche Perimeter meist mehr Festigkeit pro Gramm als eine dichtere Füllung. Wir liefern empfohlene Einstellungen mit der Datei, damit das Teil bei jedem Druck gleich wird.
DfAM-Richtwerte für FDM (Düse 0,4 mm)
| Parameter | Richtwert |
|---|---|
| Überhang ohne Stützen | Bis ca. 45° zur Senkrechten |
| Brücke ohne Stützen | Ca. 10–20 mm problemlos, länger mit leichtem Durchhang |
| Mindestwand | 0,8–1,2 mm (2–3 Bahnbreiten) |
| Wand für belastete Teile | 1,6–2,4 mm (4–6 Perimeter) |
| Schichthöhe | 0,1–0,3 mm, typisch 0,2 mm |
| Spiel in beweglicher Passung | 0,2–0,4 mm je Seite |
| Presspassung | 0–0,1 mm, mit Probestück testen |
| Print-in-Place-Gelenk | 0,3–0,5 mm Spiel |
| Einschmelzmutter aus Messing | Bohrung nach Hersteller, Wand ringsum mindestens 1,5–2 mm |
| Festigkeit in Aufbaurichtung | Oft die Hälfte oder weniger der Festigkeit in der Schichtebene |
Richtwerte für FDM – sie hängen von Werkstoff, Druckeinstellungen und Teilegröße ab.
Das benötigen wir von Ihnen
- Vorhandene Datei (STEP, STL oder 3MF) oder Skizze mit Maßen
- Wie und in welcher Richtung das Teil belastet wird
- Welche Maße und Passungen kritisch sind
- Umgebung: Temperatur, Sonne, Feuchtigkeit und Chemikalien
- Stückzahl und ob wir oder Sie das Teil drucken
- Ob Sie einen eigenen Drucker haben – Düse, Werkstoff und Bauraum
Typische Aufträge
- Teil, das für stützfreien Druck umgezeichnet wird
- Scharnier, das fertig montiert gedruckt wird
- Gehäuse mit Einschmelzmuttern für Schrauben
- Deckel und Dose mit modelliertem Gewinde
- Großes Teil, geteilt mit Fixierstiften und Schwalbenschwänzen
- Schnapphaken, ausgerichtet für maximale Zähigkeit
- Leichtbauteil mit Rippen statt Vollmaterial
- Vorrichtung mit eingepressten Metallbuchsen
- Probestück mit mehreren Spielen für den Passungstest
- Mehrteilige Baugruppe, ersetzt durch einen einzigen Druck
Das beeinflusst Preis und Lieferzeit
- Ob das Teil neu gezeichnet oder aus einer vorhandenen Datei angepasst wird
- Anzahl der Passungen, Gewinde und beweglichen Teile
- Ob das Teil geteilt werden muss und Verbindungen braucht
- Anzahl der Probedrucke für Spiel und Passung
- Anforderungen an Festigkeit und Gewicht
- Ob fertige Drucke geliefert werden sollen
Das erhalten Sie
- STL und 3MF mit empfohlener Ausrichtung
- STEP für spätere Änderungen
- Empfehlung zu Werkstoff und Druckeinstellungen
- Liste der Einsätze und Schrauben
- Fertige Drucke von NordiTeq (optional)
Häufige Fragen
Welche Toleranz schafft ein 3D-Druck?
Ein FDM-Druck hält typisch einige Zehntelmillimeter, abhängig von Werkstoff, Größe und Richtung. Für Passungen zeichnen wir mit Spiel und testen mit einem Probestück, wenn das Maß kritisch ist.
Wie viel Spiel braucht man zwischen zwei 3D-gedruckten Teilen?
Der Richtwert liegt bei 0,2–0,4 mm je Seite für bewegliche Teile und 0–0,1 mm für Presspassungen. Das hängt von Werkstoff und Drucker ab, daher ist ein Probestück mit mehreren Spielen am sichersten.
Welchen Winkel schafft man ohne Stützmaterial?
Etwa 45° zur Senkrechten ist ein sicherer Richtwert. Steilere Flächen zeichnen wir mit Fasen, tropfenförmigen Bohrungen oder einer anderen Ausrichtung um.
Wie befestigt man Schrauben in einem 3D-Druck?
Einschmelzmuttern aus Messing sind für häufig gelöste Verbindungen am haltbarsten. Sechskanttaschen für Muttern und modellierte Gewinde ab etwa M6 sind Alternativen.
Warum brechen 3D-gedruckte Teile entlang der Schichten?
Die Haftung zwischen den Schichten ist schwächer als der Kunststoffstrang selbst. Deshalb richten wir das Teil so aus, dass die Last entlang der Schichten läuft, und verstärken scharfe Übergänge mit Radien.
Können Sie das Teil auch für mich drucken?
Ja. NordiTeq fertigt im FDM-Verfahren, unter anderem in PLA, PETG, ASA, PA, PC und TPU. Sie können auch nur die Dateien erhalten und selbst drucken.