In unseren vorherigen Tests, die wir im Artikel “We Elevate 3D Printing to injection-molding standards?” (Wir heben 3D-Druck auf Spritzguss Niveau?) vorgestellt haben, erzielten wir beeindruckende Ergebnisse: Eine 15%ige Steigerung der maximalen Festigkeit, die dank der Optimierung von Advanced Additive die Materialvorgaben übertrifft. Noch beeindruckender: Unsere optimierten 3D-gedruckten Bauteile kamen bemerkenswert nah an die Leistung von spritzgegossenem PLA heran.
Um die oben gestellte Frage zu beantworten, haben wir uns entschieden, die Grenzen weiter auszureizen und fortlaufende Zugversuche durchzuführen. Dieses Mal lag der Fokus darauf, unsere optimierten Teile mit dem Spritzguss zu vergleichen, um den Einfluss von Project Path auf die mechanische Festigkeit und Konsistenz besser zu verstehen. Wir führten eine Reihe von Experimenten an der Technischen Hochschule Rosenheim durch, bei denen drei Bauteiltypen getestet wurden: Standard-Cura-Slicing, mit Project Path optimiertes Cura-Slicing und spritzgegossene Teile als Referenz.
Testaufbau
Um belastbare Vergleiche zu gewährleisten, haben wir die folgenden Testkonfigurationen entwickelt:
- Referenzteile: Spritzgegossene Komponenten, die als Leistungsmaßstab dienten. Die spritzgegossenen Teile wurden aus dem ursprünglichen Filamentgranulat gefertigt, wobei Angusspunkte so gestaltet wurden, dass die Teile linear als ein Strang gefüllt werden. Es wurden dieselben Temperaturen wie beim 3D-Druck verwendet. Längere Abkühlzeiten gewährleisteten eine verformungsfreie Entformung. Trotz dieser Maßnahmen blieb die Gesamtprozesszeit unter 2 Minuten pro Probe.
- Testreihe 1: Konventionelle Teile, die mit Cura gesliced wurden, sowie optimierte Teile von Advanced Additive, gedruckt mit einer 0,8-mm-Düse und alternierendem diagonalen Infill (45°; 135°). Druckzeit: ca. 4,5 Stunden für 5 gleichzeitig gedruckte Proben, um reale Produktionszyklen zu simulieren.
- Testreihe 2: Konventionelle Teile, die mit Cura gesliced wurden, sowie optimierte Teile von Advanced Additive, gedruckt mit einer 0,4-mm-Düse und alternierendem diagonalen Infill (45°; 135°). Druckzeit: ca. 9 Stunden für 5 gleichzeitig gedruckte Proben.
Alle Komponenten wurden mit demselben Filament gedruckt, und für den Spritzguss wurde dasselbe Material verwendet. Die Druckgeschwindigkeiten wurden bewusst niedrig und deutlich unterhalb der maximalen Einstellungen gehalten, um potenzielle Einflüsse durch rutschendes Filament oder Druckverhältnisse in der Düse zu vermeiden. Mit diesem Ansatz konnten wir hochgradig kontrollierte und vergleichbare Ergebnisse sicherstellen.
Durch diese Konfigurationen wollten wir die Auswirkungen von Düsendurchmesser und Toolpath-Optimierung auf die maximale Kraft untersuchen und die 3D-gedruckten Teile mit ihren spritzgegossenen Gegenstücken vergleichen.
Ästhetik auf den ersten Blick
Eine der auffälligsten Beobachtungen war die visuelle Qualität der optimierten Teile. Bereits auf den ersten Blick ähnelten die mit Project Path gedruckten Teile stark spritzgegossenen Bauteilen. Die Oberflächen- und Schichtkonsistenz war deutlich besser als bei konventionell 3D-gedruckten Teilen. Werfen Sie hier noch einmal einen genaueren Blick auf unsere Bauteile.
Ergebnisse: Festigkeiten, die mit Spritzguss konkurriert
Doch ist es mehr als nur Optik? Unsere Tests zeigten, dass die Vorteile von Project Path weit über visuelle Verbesserungen hinausgehen. Die mechanische Leistung der Teile verdeutlicht, wie nahe der 3D-Druck an den Spritzguss herankommen kann. Schauen Sie sich die untenstehenden Grafiken genauer an – es ist beeindruckend, wie unsere optimierten Teile (blau) nahezu die Leistung von spritzgegossenen Komponenten (orange) erreichen.
Testreihe 1: 0,8-mm-Düse
- Cura: Die Teile erreichten eine maximale Kraft, die 7,8 % unter der von spritzgegossenen Komponenten lag.
- Project Path: Herausragende Ergebnisse mit weniger als 1 % Abweichung im Vergleich zum Spritzguss.
Wichtige Kennzahlen:
- Cura: 58,67 MPa
- Project Path: 63.16 MPa
- Spritzguss: 63.6 MPa
Testreihe 2: 0,4-mm-Düse
- Cura: Die Festigkeitswerte lagen 15 % unter den spritzgegossenen Komponenten.
- Project Path: Die Lücke wurde deutlich verringert, mit nur 8,7 % Abweichung im Vergleich zum Spritzguss.
Wichtige Kennzahlen:
- Cura: 54.26 MPa
- Project Path: 58.03 MPa
- Spritzguss:63.6 MPa
Weniger Schwankungen, bessere Qualität
Über die Verbesserung der maximalen Festigkeit hinaus zeigten unsere optimierten Teile auch deutlich geringere Schwankungen in der mechanischen Leistung. Konsistenz ist entscheidend für die Zuverlässigkeit in praktischen Anwendungen, und unsere Ergebnisse belegen, dass die Methode von Advanced Additive dies mit bemerkenswertem Erfolg liefert – insbesondere bei der Verwendung einer 0,8-mm-Düse.
0,8mm Düse:
- Mit Cura produzierte Teile zeigten 67 % mehr Abweichung in der Standardabweichung im Vergleich zu spritzgegossenen Komponenten.
- Project Path hingegen schloss nicht nur die Lücke, sondern übertraf die Erwartungen und zeigte 2 % weniger Abweichung als der Spritzguss.
0,4mm Düse:
- Mit Cura produzierte Teile wiesen das 3,3-fache der Standardabweichung von spritzgegossenen Teilen auf, was eine erhebliche Abweichung von der gewünschten Qualität darstellt.
- Project Path reduzierte diese Abweichung signifikant und erreichte das 2-fache der Standardabweichung von spritzgegossenen Teilen.
Während der Prozess mit der 0,8-mm-Düse bereits nahezu die Qualität des Spritzgusses erreicht, deuten die Ergebnisse mit der 0,4-mm-Düse darauf hin, dass es Raum für weitere Verfeinerungen gibt. Dies zeigt einen klaren Weg, um Prozessparameter zu optimieren und Strategien weiter zu verbessern, da unser ultimatives Ziel bleibt, durchgängig die Qualität des Spritzgusses zu erreichen oder zu übertreffen.
Von der Vision zur Realität:
Diese Ergebnisse markieren einen weiteren Meilenstein auf unserem Weg, den 3D-Druck zu optimieren. Unsere Komponenten erreichen nicht nur nahezu die gleiche Festigkeit wie spritzgegossene Teile, sondern sie zeigen auch Verbesserungen in Qualität und Konsistenz. Und nur so nebenbei: Dies ist noch nicht einmal die finale Form von Project Path. Wir kratzen gerade erst an der Oberfläche dessen, was möglich ist.
Als nächstes konzentrieren wir uns auf das Testen besserer Strategien – wir haben bereits etwas in Entwicklung, das eine noch höhere Konsistenz über verschiedene Düsendurchmesser hinweg verspricht.
Darüber hinaus erkennen wir an, dass kein reales Bauteil ausschließlich Kräfte in X- und Y-Richtung erfährt. Um dem gerecht zu werden, wird sich unsere kommende Forschung darauf konzentrieren, wie sich unsere Optimierungen auf die Leistung von Komponenten in Z-Richtung, insbesondere auf die Interlagenschichtfestigkeit, auswirken.
Dies ist erst der Anfang dessen, was mit Project Path möglich ist, und wir freuen uns darauf, unsere zukünftigen Durchbrüche mit Ihnen zu teilen, während wir weiterhin definieren, was im 3D-Druck möglich ist.
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