Designregeln für den 3D-Druck – was DfAM bedeutet
DfAM, Design for Additive Manufacturing, bedeutet, das Teil für seinen Aufbauprozess zu konstruieren. Beim FDM wird geschmolzener Kunststoff in Strängen Schicht für Schicht abgelegt. Jede Schicht ruht auf der darunter. Das eröffnet Formen, die sich nicht fräsen lassen, bringt aber auch Grenzen, die ein CNC-Konstrukteur nicht gewohnt ist.
Die gute Nachricht: Komplexität kostet fast nichts extra. Ein innerer Kühlkanal, ein integriertes Scharnier oder eine organische Form brauchen etwa gleich lange wie eine einfache Box mit gleichem Volumen. Zeit und Preis bestimmen vor allem Materialvolumen, Höhe und Stützmenge. Die Richtwerte unten gelten für eine übliche 0,4-mm-Düse und Schichthöhen von 0,1–0,3 mm. Andere Düsen und Werkstoffe ergeben andere Werte – verstehen Sie diese als Ausgangspunkt.
Überhänge und Brücken
Ein Überhang bis etwa 45° zur Senkrechten lässt sich ohne Stützmaterial drucken. Steiler hängen die Stränge frei, und die Oberfläche wird schlecht. Stützmaterial funktioniert, hinterlässt aber Spuren und kostet Zeit und Material.
Konstruieren Sie daher mit 45° im Hinterkopf. Ersetzen Sie waagerechte Decken durch 45°-Fasen und nutzen Sie auf der Unterseite Fasen statt Rundungen. Eine Rundung auf der Unterseite beginnt mit einem fast waagerechten Überhang – eine Fase druckt sauber.
Eine Brücke ist ein waagerechter Strang zwischen zwei Auflagen. Kurze Brücken von 10–20 mm gelingen mit passender Lüfterkühlung meist gut, längere erfordern Tests oder Stützen. Planen Sie Lochbilder und Fenster so, dass die Brücken kurz bleiben.
Wandstärke und Details
Die Wandstärke sollte ein Vielfaches der Strangbreite sein. Mit einer 0,4-mm-Düse und etwa 0,42–0,45 mm Strangbreite ergeben zwei Stränge etwa 0,8–0,9 mm und drei Stränge etwa 1,2–1,35 mm. Eine Wand von 1,0 mm ergibt dagegen zwei Stränge und eine schmale Füllung, die schwach sein kann.
Ein Richtwert ist mindestens 1,2 mm für tragende Wände und 0,8 mm für leichte Abdeckungen. Kleine Details unter etwa 0,8 mm in XY werden undeutlich oder verschwinden. Lesbare Schrift sollte mindestens 0,5 mm tief oder erhaben sein und Strichstärken von mindestens 0,4–0,5 mm haben.
Der Füllgrad beeinflusst die Festigkeit weniger, als man denkt. Mehr Außenwände bringen oft mehr Festigkeit pro Gramm als eine dichtere Füllung.
Spiel, Passungen und Bohrungen
Teile, die zusammenpassen sollen, brauchen ein konstruiertes Spiel. Ein Richtwert ist 0,2–0,4 mm Gesamtspiel für Teile, die gleiten oder von Hand montiert werden, und 0,1–0,2 mm für engere Passungen. Bewegliche Teile, die zusammengesetzt gedruckt werden, brauchen oft 0,4–0,5 mm. Drucken Sie gern zuerst ein kleines Teststück mit verschiedenen Spielen, bevor das ganze Teil entsteht.
Senkrechte Bohrungen werden typisch 0,1–0,3 mm zu klein, weil der Strang in der Kurve nach innen gedrückt wird. Geben Sie im Modell Spiel zu oder bohren Sie nachträglich auf. Waagerechte Bohrungen haben einen Überhang in der Decke. Geben Sie ihnen eine Tropfenform oder eine flache Decke mit 45°-Fasen, dann drucken sie ohne Stützen.
Gewinde unter M6 gelingen selten direkt im Kunststoff. Mehr zu Toleranzen im Ratgeber Toleranzen und Passungen.
Schraubverbindungen und Gewindeeinsätze
Für Schrauben, die mehrmals ein- und ausgedreht werden, sind Gewindeeinsätze aus Messing die beste Wahl. Sie werden mit einem Lötkolben oder Spezialwerkzeug in eine vorbereitete Bohrung eingeschmolzen. Durchmesser und Tiefe der Bohrung richten sich nach den Maßen des Einsatzherstellers, weil sie sich zwischen Marken unterscheiden.
Sehen Sie mindestens 1,5–2 mm Wand um den Einsatz vor und einige zusätzliche Außenwände in diesem Bereich. Selbstfurchende Kunststoffschrauben funktionieren ebenfalls, mit einer Bohrung etwas kleiner als der Kerndurchmesser der Schraube. Für einmalige Montage reicht eine Mutter in einer Sechskanttasche – sie ist billig und sehr stabil.
Ausrichtung und Anisotropie
FDM-Teile sind zwischen den Schichten am schwächsten. Wird das Teil so belastet, dass die Schichten auseinandergezogen werden – in Z-Richtung –, kann die Festigkeit deutlich unter der in der XY-Ebene liegen. Richten Sie das Teil daher so aus, dass die wichtigste Last entlang der Schichten läuft, nicht quer dazu.
Ein Beispiel: Ein stehend gedruckter Winkel hat Schichtfugen genau in der Ecke, wo die Spannung am größten ist. Auf der Seite liegend gedruckt, laufen die Stränge um die Ecke herum, und er wird viel stabiler.
Die Ausrichtung beeinflusst auch Oberfläche, Maßhaltigkeit und Stützbedarf. Flächen auf der Bauplatte werden eben und exakt, senkrecht aufgebaute Flächen zeigen Schichten. Manchmal ist es am besten, das Teil zu teilen und die Hälften in jeweils eigener Ausrichtung zu drucken.
Werkstoff nach Einsatz wählen
PLA ist steif, leicht zu drucken und maßhaltig, erweicht aber schon um 55–60 °C. Es passt für Prototypen, Vorrichtungen im Innenraum und Modelle. PETG ist zäher, verträgt Feuchtigkeit und Chemikalien besser und hält etwa 70 °C aus. Es ist eine gute Standardwahl für Funktionsteile im Innenbereich.
ASA verträgt UV-Licht und Witterung und hält etwa 90–95 °C aus. Es passt für Teile im Freien und in Fahrzeugen. PA (Nylon) ist zäh und verschleißfest, nimmt aber Feuchtigkeit auf und muss getrocknet werden. PC verträgt hohe Temperaturen über 100 °C und ist steif. TPU ist flexibel und dient für Dichtungen, Dämpfer und Griffe.
Kohlefaserverstärkte Varianten von PETG, PA und anderen Werkstoffen sind steifer, aber spröder und verschleißen die Düse. Die Werte sind Richtwerte und variieren je nach Hersteller. Mehr zur Konstruktion für den 3D-Druck.
Häufige Fehler und große Teile
Der häufigste Fehler ist, wie für Spritzguss oder Fräsen zu konstruieren: waagerechte Decken, scharfe Innenecken und enge Passungen ohne Spiel. Ein weiterer sind dünne Wände von 1,0 mm, die nicht zur Strangbreite passen, oder lange dünne Stifte, die entlang der Schichten brechen.
Weitere Fehler sind Schrift und Logos auf überhängenden Flächen, vergessene Überlegungen zum Entfernen der Stützen und PLA für ein Teil, das im Sommer im Auto sitzt. Gehen Sie die Checkliste unten durch, bevor Sie eine Datei zum Druck senden – sie fängt die meisten Probleme ab.
Teile, die größer als der Bauraum sind, werden in mehrere Stücke geteilt. Legen Sie die Fuge dorthin, wo sie am wenigsten sichtbar und am wenigsten belastet ist. Nutzen Sie Passzapfen, Schwalbenschwänze oder überlappende Falze, damit die Stücke beim Kleben oder Verschrauben richtig sitzen.
Teilen kann auch ein Weg zu besserer Ausrichtung und weniger Stützen sein. Wir konstruieren täglich für den 3D-Druck und drucken die Teile selbst. Senden Sie uns Ihr Modell, und wir gehen es durch, oder lesen Sie über Prototypen im 3D-Druck.
Werkstoffe für FDM – Richtwerte
| Werkstoff | Eigenschaften | Wärmebeständigkeit (Richtwert) | Typischer Einsatz |
|---|---|---|---|
| PLA | Steif, maßhaltig, leicht zu drucken | ca. 55–60 °C | Prototypen, Vorrichtungen im Innenraum, Modelle |
| PETG | Zäh, beständig gegen Feuchtigkeit und viele Chemikalien | ca. 70 °C | Funktionsteile, Gehäuse, Halter |
| ASA | UV- und witterungsbeständig | ca. 90–95 °C | Teile im Freien und in Fahrzeugen |
| PA (Nylon) | Zäh, verschleißfest, feuchteempfindlich | ca. 80–120 °C je nach Typ | Zahnräder, Gleitteile, Klemmen |
| PC | Steif, schlagzäh, wärmebeständig | über 100 °C | Teile nahe Wärmequellen, technische Komponenten |
| TPU | Flexibel, gummiartig | ca. 60–80 °C | Dichtungen, Dämpfer, Griffe |
Die Wärmebeständigkeit ist als ungefähre Erweichungstemperatur unter leichter Last angegeben. Die Werte variieren je nach Hersteller und Druckeinstellungen.
Checkliste: Designregeln für den 3D-Druck
- Überhang höchstens etwa 45° ohne Stützen
- Fasen statt Rundungen auf der Unterseite
- Wände als Vielfaches der Strangbreite, mindestens 1,2 mm bei Last
- Spiel 0,2–0,4 mm für montierte Teile
- Senkrechte Bohrungen kompensiert oder aufgebohrt
- Waagerechte Bohrungen mit Tropfenform oder flacher Decke
- Gewindeeinsätze für häufig gelöste Schraubverbindungen
- Ausrichtung nach der Hauptlast – nicht quer zu den Schichten
- Werkstoff nach Temperatur, UV und Feuchtigkeit gewählt
- Große Teile geteilt, mit Führung an der Fuge
Häufige Fragen
Wie viel Spiel brauche ich zwischen 3D-gedruckten Teilen?
Ein Richtwert ist 0,2–0,4 mm Gesamtspiel für Teile, die von Hand montiert werden. Engere Passungen funktionieren mit 0,1–0,2 mm. Drucken Sie zuerst ein Teststück mit verschiedenen Spielen, weil das Ergebnis von Werkstoff und Einstellungen abhängt.
Welche Wandstärke braucht man beim 3D-Druck?
Machen Sie die Wände zu einem Vielfachen der Strangbreite, etwa 0,8–0,9 mm oder 1,2–1,35 mm bei einer 0,4-mm-Düse. Tragende Wände sollten mindestens 1,2 mm haben. Mehr Außenwände bringen mehr Festigkeit als eine dichtere Füllung.
Warum brechen 3D-gedruckte Teile zwischen den Schichten?
Die Haftung zwischen den Schichten ist schwächer als die Stränge selbst. Wird das Teil in Z-Richtung belastet, kann es entlang einer Schichtfuge reißen. Richten Sie das Teil so aus, dass die Last entlang der Schichten läuft.
Welchen Werkstoff wähle ich für ein Teil im Freien?
ASA ist im Freien eine gute Wahl, weil es UV-Licht und Wärme besser verträgt als PLA und PETG. PLA erweicht schon um 55–60 °C und gehört nicht in die Sonne. Für flexible Teile im Freien kann TPU funktionieren.