Die mechanische Festigkeit von Bauteilen

Generell hat der verwendete Kunststoff selbst einen großen Einfluss auf die mechanische Festigkeit eines Bauteils. Entscheidend können zum einen der Biege-E-Modul und zum anderen die Schlagfestigkeit sein.

Umso höher der Biege-E-Modul ist umso steifer ist der Kunststoff. Umso höher die Schlagfestigkeit, umso bruchsicherer ist der Kunststoff.

Weiterhin mitentscheidend sind Wandstärke, Menge an Infill und Schichtstärke des Bauteils für die Stabilität. Weiter Möglichkeiten die Festigkeit von Bauteilen mittels Optimierung von Druckparameter zu verbessern sind Temperatur, Flow und Kühlung.

Die verwendete Temperatur kann entscheidende Auswirkungen auf die Schichthaftung habe. Bei zum Beispiel ABS kann ein deutlicher Unterschied der Festigkeit zwischen 250°C und 265°C an gedruckten Teilen erkannt werden. Mit Zugstäben nach DIN, die vertikal gedruckt werden kann man mittels Prüfmaschine diesen Effekt exakt sichtbar machen.

Ein weiterer sehr wichtiger Parameter ist der “Flow“ oder Multiplikationsfaktor. Letztendlich wird damit die Menge beeinflusst die der Extruder durch die Düse drückt.

Da die Düse rund ist, legt der Extruder im Normalfall eine Runde Schmelze Schicht auf die andere.
Zwischen den einzelnen Schichten ist viel Luft enthalten und die Haftfläche der einzelnen Schichten ist gering.

Erhöht man den Flow oder Multiplikationsfaktor, fördert der Extruder mehr Filament und der runde Strang wird breit gedrückt. Dies verbessert die Festigkeit, sowie auch die Transparents deutlich.
Allerdings kann der höhere Flow die Bauteildicke beeinflussen. So kann eine Wandstärke von 2mm sich auf 2,5mm erhöhen. Dies sollte man bei der Konstruktion berücksichtigen.


Weiterhin hat die Resttemperatur der vorher gedruckten Schicht auch Auswirkungen auf die Haftung und Festigkeit. Hier gilt: Eine höhere Drucktemperatur führt zu höhere Druckgeschwindigkeit und damit zu einer Verbesserung der Haftung.
Eine zusätzliche Abkühlung der gerade gedruckten Schmelze mittels Blower fan wirkt sich bei manchen Kunststoffen deutlich negativ auf die Schichthaftung aus. ABS oder ASA sind da besonders empfindlich. Aber auch PLA und PET-G regieren negativ auf zu viel oder zu schneller Kühlung.
Dieses Verhalten kann bei Überhängen oder Auskragungen Probleme verursachen, da die vorherige Schicht noch nicht festgenug ist und schon die nächste aufgetragen wird. Dann gibt es an dieser Stelle Wellen oder starken Verzug. Um aus dieser Klemme herauszukommen gibt es 2 Möglichkeiten:
Man druckt gleichzeitig 2 oder 3 Bauteile. Somit kann die Schmelze Schicht besser abkühlen, bevor die nächste Schicht aufgetragen wird oder man arbeitet mit minimaler Leistung des Blower fan, was einen Kompromiss darstellt.