Ontwerpen voor 3D-printen: overhang, bruggen en support
FDM bouwt het onderdeel laag voor laag op, en elke laag moet ergens op kunnen rusten. De richtwaarde is dat overhang tot ongeveer 45° ten opzichte van de verticaal zonder support wordt geprint. Steilere vlakken hebben supportmateriaal nodig, wat tijd, materiaal en nabewerking kost en een slechter oppervlak geeft.
We tekenen de geometrie daarom zo om dat de support niet nodig is. Afschuiningen van 45° vervangen afrondingen aan de onderkant, horizontale gaten krijgen bovenaan een druppelvorm en grote vlakke plafonds worden met ribben verdeeld. Rechte bruggen tussen twee steunen lukken doorgaans tot 10–20 mm zonder problemen. Langere bruggen kunnen ook, maar met enige doorzakking. De juiste oriëntatie op het printbed lost vaak meer op dan welke geometriewijziging ook.
Waar support toch nodig is, plaatsen we die op vlakken die niet zichtbaar zijn en geen functievlak zijn. Support kan ook in het model worden getekend als dunne, afbreekbare ribben. Dat geeft meer controle dan de automatische support van de slicer en laat schonere vlakken achter.
Wanddikte en detailgrootte
De minimale wanddikte wordt bepaald door de nozzle. Met een nozzle van 0,4 mm wordt een lijn ongeveer 0,4–0,45 mm breed, en een stevige wand is 2–3 lijnbreedtes, dus 0,8–1,2 mm. Belaste onderdelen krijgen 1,6–2,4 mm, wat neerkomt op vier tot zes perimeters. Wanden die als exact veelvoud van de lijnbreedte zijn getekend, printen schoner, zonder dunne vulstrookjes.
In de hoogte wordt de resolutie bepaald door de laaghoogte, doorgaans 0,1–0,3 mm. Een hoogte van 5,1 mm wordt met lagen van 0,2 mm dus 5,0 of 5,2 mm. Kleine gaten onder 1–2 mm en tekst met lijnen dunner dan ongeveer 0,5 mm worden onscherp. Functiedetails die scherp moeten zijn, tekenen we daarom met marge of laten we achteraf opboren.
Dunne en hoge details kunnen bovendien gaan trillen als de nozzle passeert. Smalle torentjes en pennen krijgen daarom een bredere voet of een hulpstructuur die na het printen wordt weggebroken. Dat geeft scherpere details en minder mislukte prints.
Toleranties en speling voor passingen
Een FDM-print houdt doorgaans enkele tienden van een millimeter, afhankelijk van materiaal, afmetingen en richting. Gaten worden vaak iets kleiner dan getekend, deels omdat de cirkel uit korte rechte segmenten bestaat, deels omdat de kunststof krimpt. De eerste laag wordt wat uitgeperst, de zogenoemde olifantsvoet, en daarom schuinen we de onderrand af van onderdelen die ergens op moeten passen.
Voor bewegende passingen ontwerpen we met een speling van richtwaarde 0,2–0,4 mm per zijde, en voor perspassingen met 0–0,1 mm. Scharnieren die in één keer gemonteerd worden geprint, de zogenoemde print-in-place, krijgen 0,3–0,5 mm. Materialen met krimp zoals ASA en PA vragen meer. Bij kritische passingen printen we eerst een klein proefstuk met meerdere spelingen en kiezen we wat werkt.
De maten hangen ook af van hoe het onderdeel ligt. Een verticaal gat wordt ronder en maatvaster dan een liggend gat. Onderdelen met belangrijke gaten oriënteren we daarom zo dat de gaten naar boven wijzen, als dat te combineren is met de sterkte-eisen.
Schroefdraad, inserts en schroefverbindingen
Schroeven direct in kunststof werken bij eenmalige montage, maar de draad slijt snel. Voor verbindingen die vaak open gaan, gebruiken we messing warmte-inserts die met een soldeerbout worden ingedrukt. Het gat tekenen we volgens de maten van de insertfabrikant, en de wand rond de insert is bij voorkeur minstens 1,5–2 mm om scheuren te voorkomen.
Alternatieven zijn zeskantuitsparingen voor gewone moeren of gemodelleerde schroefdraad. Gemodelleerde draad werkt goed vanaf ongeveer M6, en voor grove draad op deksels en potten. Kleinere draad tappen we liever achteraf met een draadtap. Zelftappende schroeven voor kunststof werken ook, als het gat volgens het advies van de schroeffabrikant is getekend en de schroefbus met ribben aan de wand is verstijfd. Bij opspanmiddelen en mallen combineren we vaak inserts met metalen boorbussen waar de slijtage groot is.
Oriëntatie en anisotropie
Een FDM-onderdeel is niet in alle richtingen even sterk. De hechting tussen de lagen is zwakker dan de streng zelf. De sterkte in de hoogte is vaak de helft of minder van die in het vlak van de lagen. Daarom bepalen we de printrichting vroeg en tekenen we het onderdeel daarnaar. Snapverbindingen leggen we in het vlak van de lagen, en schroefbussen verstijven we met ribben aan de wanden.
Soms is het beter een onderdeel in tweeën te delen en aan elkaar te schroeven dan een slechte oriëntatie af te dwingen. We voegen centreerpennen en verbindingen toe, zodat de delen goed worden gemonteerd. Hebt u een bestaand bestand dat moet worden aangepast, dan beginnen we vaak met STL naar STEP omzetten.
De vulling doet er minder toe dan veel mensen denken. Ligt de vulling al rond 20–40%, dan geven extra perimeters meestal meer sterkte per gram dan een dichtere vulling. We sturen aanbevolen instellingen mee met het bestand, zodat het onderdeel bij elke print hetzelfde wordt.
DfAM-richtwaarden voor FDM (nozzle 0,4 mm)
| Parameter | Richtwaarde |
|---|---|
| Overhang zonder support | Tot ca. 45° ten opzichte van de verticaal |
| Brug zonder support | Ca. 10–20 mm zonder problemen, langer met enige doorzakking |
| Minimale wand | 0,8–1,2 mm (2–3 lijnbreedtes) |
| Wand voor belaste onderdelen | 1,6–2,4 mm (4–6 perimeters) |
| Laaghoogte | 0,1–0,3 mm, doorgaans 0,2 mm |
| Speling in bewegende passing | 0,2–0,4 mm per zijde |
| Perspassing | 0–0,1 mm, testen met een proefstuk |
| Print-in-place-scharnier | 0,3–0,5 mm speling |
| Messing warmte-insert | Gat volgens de fabrikant, wand rondom minstens 1,5–2 mm |
| Sterkte in de hoogte | Vaak de helft of minder van die in het vlak van de lagen |
Richtwaarden voor FDM – ze hangen af van materiaal, printinstellingen en de grootte van het onderdeel.
Dit hebben we van u nodig
- Bestaand bestand (STEP, STL of 3MF) of een schets met maten
- Hoe het onderdeel wordt belast en in welke richting
- Welke maten en passingen kritisch zijn
- Omgeving: temperatuur, zon, vocht en chemicaliën
- Aantal exemplaren en of wij of u het onderdeel printen
- Of u een eigen printer hebt – nozzle, materiaal en bouwvolume
Voorbeeldopdrachten
- Onderdeel omgetekend om zonder support te printen
- Scharnier dat gemonteerd wordt geprint
- Behuizing met warmte-inserts voor schroeven
- Deksel en pot met gemodelleerde schroefdraad
- Groot onderdeel gedeeld met centreerpennen en zwaluwstaarten
- Snapverbinding georiënteerd voor maximale taaiheid
- Lichtgewicht onderdeel met ribben in plaats van massief materiaal
- Mal met ingeperste metalen bussen
- Proefstuk met meerdere spelingen voor een passingstest
- Samengesteld onderdeel vervangen door één print
Dit bepaalt prijs en levertijd
- Of het onderdeel vanaf nul wordt getekend of uit een bestaand bestand wordt aangepast
- Aantal passingen, schroefdraden en bewegende delen
- Of het onderdeel moet worden gedeeld en verbindingen moet krijgen
- Aantal proefprints voor speling en pasvorm
- Eisen aan sterkte en gewicht
- Of afgewerkte prints moeten worden geleverd
Wat u krijgt
- STL en 3MF met aanbevolen oriëntatie
- STEP voor toekomstige wijzigingen
- Advies over materiaal en printinstellingen
- Lijst van inserts en schroeven
- Afgewerkte prints van NordiTeq (optie)
Veelgestelde vragen
Welke tolerantie haalt een 3D-print?
Een FDM-print houdt doorgaans enkele tienden van een millimeter, afhankelijk van materiaal, afmetingen en richting. Voor passingen tekenen we met speling en testen we met een proefstuk als de maat kritisch is.
Hoeveel speling hoort er tussen twee 3D-geprinte onderdelen?
De richtwaarde is 0,2–0,4 mm per zijde voor onderdelen die moeten bewegen en 0–0,1 mm voor een perspassing. Het hangt af van materiaal en printer, dus een proefstuk met meerdere spelingen is het veiligst.
Welke hoek lukt zonder supportmateriaal?
Ongeveer 45° ten opzichte van de verticaal is een veilige richtwaarde. Steilere vlakken tekenen we om met afschuiningen, druppelvormige gaten of een andere oriëntatie.
Hoe bevestig je schroeven in een 3D-print?
Messing warmte-inserts zijn het duurzaamst voor verbindingen die vaak open gaan. Zeskantuitsparingen voor moeren en gemodelleerde draad vanaf ongeveer M6 zijn alternatieven.
Waarom breken 3D-geprinte onderdelen langs de lagen?
De hechting tussen de lagen is zwakker dan de kunststofstreng zelf. Daarom oriënteren we het onderdeel zo dat de belasting in de lengte van de lagen loopt, en versterken we scherpe overgangen met radiussen.
Kunt u het onderdeel ook voor mij printen?
Ja. NordiTeq produceert met FDM in onder meer PLA, PETG, ASA, PA, PC en TPU. U kunt ook de bestanden krijgen en zelf printen.