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Praxistaugliche mechanische Bauteile im FDM Verfahren herstellen

In diesem Beitrag beschäftigen wir uns mit der Frage, ob im FDM-Druck praxistaugliche Bauteile herzustellen sind, die mechanisch belastbar, in engen Toleranzen passgenau und widerstandsfähig gegen viel äußere Einflüsse sein müssen.


Gedruckt haben wir eine Schraubverbindung aus Schraube und Mutter. Beispiel: M16 Mutter und Schraube (metrisches ISO-Gewinde)

Zunächst war zu entscheiden, welcher Drucker zum Einsatz kommen sollte. In der engeren Auswahl waren dabei für uns ein Craftbot 3 und ein Prusa i3 MK2 MM. Die Entscheidung fiel letztendlich auf den von Josef Prusa entwickelten i3 MK2 MM, da dieser aus unserer Sicht ein hervorragendes Preis-Leistungsverhältnis besitzt und vielen teils deutlich teureren Geräten in der Qualität und Leistungsfähigkeit ebenbürtig ist.

Zusätzlich ausgestattet haben den Prusa mit unserer spezialfolienbeschichtetetn Dauerdruckplatte aus magnetischem Edelstahl, die gegenüber der Prusa-Druckplatte den Vorteil hat, dass sie flexibel ist und sich die Druckobjekte leichter ablösen lassen.

Als Material wählten wir PETG Filament. PET-G besitzt eine hohe mechanische Stabilität, zeigt geringes Warping beim 3D Druck und ist als witterungsbeständiger Werkstoff auch gut im Außenbereich einsetzbar.

Die Schraube und Mutter wurden beide aus orangen PETG-Filament mit einer Layerhöhe von 0,2 mm gedruckt. Diese stellt einen guten Kompromiss aus einer ausreichenden Auflösung bei einer angemessenen Druckgeschwindigkeit dar.

Während des Druckens kam es zu keinerlei Problemen in der Verarbeitung des Filaments (kein warping/stringing/oozing). Die Druckzeit betrug insgesamt ca. 2h bei einer gewählten Geschwindigkeit von 2400 mm/s. Verbraucht haben wir 20,7g Filament bei einer Größe des Druckobjektes von 40mm.

Nach dem Abkühlen der Druckobjekte konnten wir diese durch leichtes Biegen der magnetischen Dauerdruckplatte ganz einfach ablösen. PETG überzeugte uns auch hier mit sehr guten Verhalten.

Die Bauteile sind nicht nachbearbeitet und trotzdem äußerst leichtgängig – auch ohne Schmiermittel. Die feinen Strukturen der Gewindesteigung benötigen eine präzise Fertigung. Mit dem richtigen Filament und einem geeigneten Drucker kann dies offensichtlich erreicht werden.

Trotz der Layerausrichtung senkrecht zur Belastungsrichtung weist die Schraube eine beachtliche Belastbarkeit auf und gibt selbst beim „überhandfest“ Ziehen nicht nach.

Fazit:

Mittels FDM-Technik können durchaus feine mechanische Strukturen abgebildet werden, welche den vollen Funktionsumfang erfüllen und dabei mechanisch hochbelastbar sind.

Trotzdem die Auflösung im FDM Verfahren begrenzt ist, lassen sich mit einem geeigneten 3D Drucker preiswert sehr präzise Bauteile herstellen.

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