Die Dimensionsstabilität bei 3D-gedruckten Teilen aus Onyx verbessern

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Vor einigen Monaten haben wir Onyx auf den Markt gebracht, ein steifes, professionelles Verbundmaterial für Endanwendungen. Onyx hebt die Dimensionsstabilität der Teile und die Erfolgsquote der 3D-Drucke auf ein völlig neues Level. In diesem Artikel gehen wir darauf genauer ein. Mit Dimensionsstabilität ist hier gemeint, wie gut ein 3D-gedrucktes Teil seine Form während des Druckvorgangs behalten kann. 3D-Drucker und Druckmaterialien können aus verschiedenen Gründen wenig Dimensionsstabilität an den Tag legen. Möglicherweise haben Sie erlebt, dass sich ein Teil während des Abkühlens gekrümmt, oder ein Überhang nachgegeben hat. Nach so einem gescheiterten Druck, muss der Entwurf überarbeitet und das Teil erneut gefertigt werden. Dies kostet Zeit und Material und ist somit sehr ärgerlich.

Onyx ist ein mit Mikrocarbon verstärktes Nylon. Es ist steifer als die meisten 3D-Druck-Kunststoffe und weist andere thermische Eigenschaften (z.B. Wärmeformbeständigkeit) auf. Dies hat Einfluss auf das Druckergebnis. Das Material verbiegt sich weniger, löst sich nicht vom Druckbett, ist bei Überhängen stabiler (mit und ohne Trägermaterial), und bringt eine hohe Dimensionsstabilität mit sich. Onyx behält seine Form nach dem Druck so gut, dass das Teil dem CAD-Modell unglaublich ähnlich ist.

„Onyx ist ein sehr steifes Material. Die Ecken stimmen. Die Teile sehen besser aus und passen besser zusammen. Das hilft uns sehr. Wir müssen unsere Designs nicht mehr überarbeiten und keine gescheiterten Drucke wiederholen.“ – Alan Rencher, Media Blackout

Um die Dimensionsstabilität des 3D-gedruckten Onyx zu veranschaulichen, wurden einige Tests durchgeführt. Obwohl einige Eigenschaften auf den verwendeten Drucker zurückzuführen sind, wird doch klar, was mit “Dimensionsstabilität” gemeint ist.

Verzug

Der Verzug der 3D-gedruckten Teile ist ein häufiges und schwerwiegendes Problem. In erster Linie verziehen sich Teile, weil das Plastik beim Abkühlen schrumpft. Das Abkühlen setzt mit dem Auftragen des Materials ein. Zu Beginn eines 3D-Drucks zeichnet der 3D-Drucker den auf dem Druckbett haftenden Umriss des Teils. Das Material beginnt schnell, sich zusammenzuziehen. Da es aber festklebt, entsteht eine mechanische Spannung innerhalb des Teils, die mit jeder neu aufgetragenen Schicht wächst. Überhänge verstärken dies extra stark. An den Ecken ist die Spannung konzentriert. Hier beginnt sich das Teil vom Druckbett zu lösen.

Das Teil biegt sich an der Ecke hoch, weil das Material den von beiden Seiten wirkenden Kräften an dieser Stelle nicht standhalten kann.

Bei runden Teilen gibt es weniger stark ausgeprägte Spannungskonzentrationen. Ein Verzug tritt hier seltener auf, bleibt jedoch ein Problem. Was kann man also dagegen tun? Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen Verzug im 3D-Druck zu vermeiden. Größerer Oberflächenkontakt mit dem Druckbett gibt dem Teil zum Beispiel mehr halt. Es kann auch helfen, das Druckbett zu erhitzen oder den Kühlprozess mit der Umgebungstemperatur zu kontrollieren. Das Material selber kann aber auch die Lösung sein. Mit einem steiferen Material, dass sich unter Wärmezufuhr weniger verformt, reduziert man das Verziehen des Teils. Onyx ist so ein Material. Die Steifheit und die thermischen Eigenschaften bringen minimalen Verzug mit sich. Dieser kann noch weiter eingeschränkt werden, indem man Verstärkungsfasern einsetzt. Wir haben ein dreieckiges Prisma auf seiner Kante stehend 3D-gedruckt, zu 100% mit Onyx gefüllt.

Der Verzug wird an einem dreieckigen Prisma getestet.Auf der Kante stehend hat es minimalen Oberflächenkontakt zum Druckbett. Die nach oben größer werdenden Schichten verstärken die Spannung innerhalb des Teils.

Für den 3D-Druck ist so eine Form eher ungeeignet. Das Filament ist hauptsächlich nach einer Achse ausgerichtet, sodass beide Enden zur Mitte hin gespannt sind. Die nach oben größer werdenden Flächen verstärken das Risiko, dass sich das Teil von Druckbett löst und verzieht. Sehen Sie sich das auf einem Standarddrucker 3D-gedruckte Prisma aus PLA (100% gefüllt, ohne zusätzliche Grundplatte) an. Das Teil hat sich völlig abgelöst. Der Druck konnte nicht abgeschlossen werden:

Die Probe aus PLA verzog sich enorm. Der Druck scheiterte.

Hier sehen Sie das Ergebnis aus dem 3D-Druck mit Onyx:

Die zweite Probe, zu 100% mit Onyx gefüllt. Das Teil verzog sich kaum. Der Druck konnte abgeschlossen werden.

Überhänge

Auf Desktop-3D-Druckern mit einfachen Kunststoff-Extrudern werden Überhänge gerne vermieden. Mit dem Mark Two ist dies nicht unbedingt nötig, weil sich das Stützmaterial sehr leicht entfernen lässt:

Die automatisch eingefügte Stützstruktur lässt sich problemlos herausziehen.

Überhänge können aber auch ohne Stützmaterial Probleme bereiten. Wenn größere Schichten auf kleineren Schichten liegen, erzeugen sie ein thermisches Moment. Die Ecken biegen sich nach oben und verhaken sich im Drucker. Der minimale Verzug bei Onyx ermöglicht maximal stabile Überhänge. Auch ohne Stützmaterial kann im Winkel von bis zu 70° gedruckt werden.

Ein Testdruck für Überhänge aus Onyx mit dem Mark Two Enterprise.

Wir haben die 3D-Druck Testteile des Magazins Make verwendet, um das Material zu evaluieren. Die Oberfläche auf der Unterseite sieht immer noch ziemlich gut aus:

Die Unterseite des nicht unterstützten 70°-Überhangs.

Dimensionsstabilität

Das Filament ermöglicht in Kombination mit hoher Druckauflösung dimensionsstabile und supergenaue Teile. Ein Toleranztest (auch vom Make Magazin) zeigt die Maßgenauigkeit bis zu einer radialen Differenz von 0,2 mm zwischen Stift und Aussparung.

Die Präzision des Mark Two und die Materialeigenschaften von Onyx liefern in Kombination höchstwertige Teile.

Dimensionsstabilität bedeutet in diesem Zusammenhang also, dass das 3D-gedruckte Teil dem designten Teil im CAD-Programm nahezu gleicht. Mit Onyx bekommen Sie ohne zusätzliche Hilfsmittel präzise, gleichbleibende und schöne Ergebnisse. Unser Teil der Woche veranschaulicht die sich damit bietenden Möglichkeiten.

Unser 3D-gedruckter Award für die Teil-der-Woche-Gewinner. Der Grundkörper ist Onyx, der Einsatz oben Nylon.

Die Draufsicht zeigt unser Logo.

 

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