Prozessparameteroptimierung für FDM 3D-Drucker

Verschiedene Parameter wie Schichtdicke, Schalendicke und Füllungsdichte beeinflussen die mechanischen Eigenschaften wie Oberflächenrauheit, Härte und Zugfestigkeit von 3D-gedruckten Teilen. Auf dieser Grundlage konzentriert sich dieses Paper mit dem Namen “Process Parameter Optimization for FDM 3D Printer”. Durch optimierte Parameter werden Fertigungszeit und mechanische Eigenschaften verbessert. Es bietet die richtige Methodik für den optimierten 3D-Druck. Die experimentellen Ergebnisse sind mit denen für verschiedene Variationen der Parameter vergleichbar.

Die Wissenschaftler verwendeten 1,75 mm PLA als Material der Wahl und verwendeten einen I3D Minds 3D-Drucker zum Testen, SOLIDWORKS für das Design und CURA für das Slicen. Der I3D Minds bietet ein Bauvolumen von 190x190x180 mm und einen Düsendurchmesser von 0,4 mm sowie automatisiertes Setup und Fertigung.

Entwurfsproben wurden in CURA geöffnet und es wurden verschiedene Parameter eingestellt: Unterschiedliche Schichthöhen (0,1 mm, 02 mm und 0,3 mm), Fülldichten (50%, 75% und 100%), Schalendicke (0,6 mm, 0,8 mm and  1,0 mm) mit konstanten Druckgeschwindigkeiten.

Beispieldateien wurden in G-Code konvertiert und an den 3D-Drucker gesendet:

“Die Düse wurde für die Extrusion des PLA-Materials auf einer Temperatur von 215 ºC gehalten, und die Bauplatte wurde auf 60 ºC gehalten”, erklärten die Autoren. „Der Drucker druckt die Schicht Schicht für Schicht durch den Düsendruckkopf von unten nach oben auf das Bett, und für alle Proben wurde derselbe Testaufbau verwendet. Bei der Nachhärtung wurde der unbedingte Einfluss der Druckparameter auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der gedruckten Proben untersucht.”

“Im Allgemeinen weisen STLs, die aus einem Modell erstellt wurden, das durch 3D-Scannen erhalten wurde, häufig mehr Fehler auf”, so die Autoren. “Dies ist auf die Funktionsweise des 3D-Scans zurückzuführen – da die Akquisition oft von Punkt zu Punkt erfolgt, ist die Rekonstruktion in den meisten Fällen fehlerhaft.”

Das Drucken einer „etwas übergroßen Version“ des Objekts wird ebenfalls empfohlen, um die Präzision der Teile zu erhöhen.

Die Zusammenfassung des Papers lautet:

„Aufgrund unterschiedlicher Parameter in verschiedenen Ebenen wurde ein Design of Experiments durchgeführt, mit dem Proben zur Optimierung von 3D-Druckprodukten für verschiedene Parameter des 3D-Drucks vorbereitet werden können“, schlussfolgerten die Forscher. „Prüfmaschinen werden für die Prüfung mechanischer Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Härte und Oberflächenrauheit von 3D-gedruckten Proben ausgewählt.“