Europe 
Türkiye 
United Kingdom 
Global 
Anmeldung mit meinem Xometry-Konto 
Toleranzen werden oft mit Genauigkeit und Präzision verwechselt. Bei 3D-Druckverfahren haben diese Begriffe aber klare unterschiedliche Bedeutungen, und sollten niemals austauschbar verwendet werden. Toleranzen legen fest, wie präzise der Konstrukteur sein muss. Mit anderen Worten, es ist die Menge an Spielraum, die in einem Entwurf oder bei der Fertigung erlaubt ist, die von individuellen oder industriellen Normen abhängig ist.
Sprechen Sie hingegen von Genauigkeit, so bezieht es sich darauf, wie konsistent ein Verfahren im Vergleich mit den tatsächlichen, „echten“ Werten vergleichbare Resultate liefert. In diesem Fall ergeben sich die „echten“ Werte aus den Maßen des digitalen 3D-Druckmodells. Oder anders, die Genauigkeit definiert, wie nahe die gedruckten Maße eines 3D-gedruckten Teils an denen des Modells liegen.
Toleranzen im 3D-Druck: Was können Sie erwarten
Verschiedene 3D-Druckverfahren bieten unterschiedliche Möglichkeiten in Bezug auf die Toleranzen. Die erreichbare Genauigkeit hängt dabei von der Größe des Teils, dem gewählten Material und seiner Geometrie ab – insbesondere dann, wenn das Design groß und sperrig ist, da dies zu mehr Schrumpfung führen kann.
Es folgt eine schnelle Übersicht der allgemeinen Toleranzen, die Xometry für die am häufigsten verwendeten 3D-Druckverfahren anbietet. Diese Werte sind allerdings nur Richtwerte und können in Abhängigkeit von Faktoren wie Teilegröße, Materialauswahl und Geometrie variieren.
| 3D-Druckverfahren | Toleranzen |
| MJF | ± 0,3% (± 0,2 mm) |
| SLS | ±0,3% (± 0,3 mm) |
| SLA | ± 0,5% (± 0,2 mm) |
| FDM | ±0,5% (±0,5 mm) |
| Carbon DLS™ | ±0,1% (±0,1 mm) |
| DMLS | ±0,2% (±0,1 – 0,2 mm) |
| Polyjet | ± 0,1 mm für die ersten Dutzend mm sind die Regel, plus ± 0,05 mm für jeden mm danach |
In den folgenden Abschnitten erkunden wir detaillierter, inwiefern die typischen Toleranzen mit jedem 3D-Druckverfahren erreichbar sind.
Toleranzen für den MJF 3D-Druck
Das HP Multijet Fusion – Verfahren (MJF) ist eines der kosteneffektivsten 3D-Druckverfahren mit den engsten Toleranzen. Es trägt ein Schmelzmittel auf einem pulverförmigen Material auf, worauf das Material jeder Schicht dann von einer Hitzequelle systematisch ausgehärtet wird. Beheizte Baukammern erhöhen die Gesamttemperatur des Pulvers, minimieren den Verzug und die Schrumpfung und ermöglichen allmähliche Temperaturänderungen, die die Maßgenauigkeit verbessern.
Ein Wärmestau – insbesondere durch die beim Drucken verwendeten Infrarotlampen – kann jedoch immer noch zu thermischen Spannungen führen. Dickere Geometrien, breite Oberflächen oder ungleichmäßige Wandstärken neigen aufgrund der Schrumpfung eher zum Verziehen oder Verdrehen. Um diese Risiken zu vermeiden, folgen Sie am besten den Konstruktionsrichtlinien, wie jenen für den Spritzguss.
| Parameter | Wert |
| Toleranz | ±0,3% (unterer Grenzwert ±0,3 mm)
Profi-Tipp: Für engere Toleranzen wird PA 12, glasfaserverstärkt, empfohlen. |
| Schrumpfung / Verziehen | Schrumpfung tritt normalerweise im Bereich von 2 – 3% auf. Die meisten MJF-Drucker lassen dies jedoch im Design zu |
| Bauraum | Bis zu 380 x 284 x 380 mm, während wir normalerweise die maximale Größe von 356 x 280 x 356 mm empfehlen |
| Schichtdicke | ~ 0,08 mm |
| Minimale Größe von Merkmalen | Minimum: 0,5 mm; 0,7 mm werden empfohlen |
| Stützstrukturen | Nicht erforderlich |
Drucktoleranzen im SLS 3D-Druck
Das Selektive Lasersintern (SLS) ähnelt in vielen Aspekten der MJF. Der einzige Unterschied ist, dass das SLS einen CO2 – Laser statt einer Wärmelampe zum Erhitzen des Polymers verwendet. Schrumpfung und das Verziehen sind Probleme, die sowohl beim MJF als auch im SLS auftreten. Dies wird beim SLS abgemildert, indem die 3D-gedruckten Teile zum langsamen Abkühlen im Pulverbett belassen werden.
| Parameter | Wert |
| Toleranz | ± 0,3% (± 0,3 mm für 100 mm)
Profi-Tipp: Für engere Toleranzen wird PA 12, glasfaserverstärkt, empfohlen. |
| Schrumpfung / Verziehen | Die Schrumpfungsrate liegt typischerweise zwischen 3% und 3,5%. Große ebene Flächen neigen besonders zum Verziehen |
| Bauraum | Bis zu 340 x 340 x 605 mm, in der Regel empfehlen wir jedoch die maximale Größe von 320 x 320 x 580 mm |
| Schichtdicke | ~0,1 mm und bei wasserdichten Teilen 1,5 mm, wenn die Wandstärke höher ist |
| Minimale Größe von Merkmalen | Minimum: 0,5 mm; 0,75 mm werden empfohlen |
| Stützstrukturen | Nicht erforderlich |
Drucktoleranzen im SLA-3D-Druck
Die Stereolithografie, oder SLA, ist das bevorzugte Verfahren, wenn größere Genauigkeit und engere Toleranzen entscheidend sind. Die für diesen Prozess ausgewählten Materialien (Polypropylen, ABS, Polycarbonat usw.) werden durch UV-Strahlung verarbeitet und ausgehärtet. Materialien mit hohen Biegeeigenschaften zu verwenden, ist jedoch nicht ideal, da diese zum Verziehen neigen.
Dieses Verfahren erfordert zudem, dass die 3D-gedruckten Teile auf der Bau- bzw. Bodenplatte verankert werden, und dass alle Merkmale mit einem Winkel kleiner als 45° verankert werden müssen.
| Parameter | Wert |
| Toleranz | ± 0,5% (± 0,20 mm) |
| Schrumpfung / Verziehen | Bei ungestützten Bögen kann es zu Verformungen kommen. |
| Bauraum | Bis zu 736 x 635 x 533 mm |
| Schichtdicke | ~ 0,02 mm |
| Minimale Größe von Merkmalen | 0,1 mm |
| Stützstrukturen | Ja, bei überhängenden Merkmalen |
Drucktoleranzen für den 3D-Druck mit FDM
Das Fused Deposition Modeling (FDM) erzeugt Teile, indem thermoplastische Materialien Schicht für Schicht auf eine Bauplatte extrudiert werden. Es eignet sich gut für größere Teile, mechanische Geometrien und andere Anwendungsgebiete, die keine hochfeinen Details erfordern. Das FDM wird aufgrund seiner Vielseitigkeit und Erschwinglichkeit branchenübergreifend eingesetzt.
Wie auch beim SLA erfordert das FDM Stützstrukturen, und die damit verbundene Nachbearbeitung (zur Entfernung) kann Maßabweichungen, insbesondere in stark gestützten Bereichen erzeugen. Darüber hinaus können sehr schmale Merkmale ggf. nicht in der richtigen Auflösung erzeugt werden, da die Düsenbreite zu groß ist. Die Schrumpfung beginnt in diesem Verfahren direkt nach dem Verlassen der Düse, und die möglichen Toleranzen können erheblich zwischen einem Desktop-FDM-Drucker und einer industriellen Anlage variieren.
| Parameter | Wert |
| Maßtoleranz | Prototypenbau (Desktop): ± 0,5% (untere Grenze: ± 0,5 mm)
Industriell: ± 0,15% (untere Grenze: ± 0,2 mm) |
| Schrumpfung / Verziehen | Materialien wie PLA weisen eine geringe Schrumpfung auf (0,3% -0,5%), während andere wie Nylon 12 bis zu 2% und PVDF bis zu 4% schrumpfen können |
| Bauraum | Bis zu 914 x 610 x 914 mm. |
| Schichtdicke | 0,05 – 0,3 mm |
| Minimale Größe von Merkmalen | Bis zu 0,2 mm |
| Stützstrukturen | Ja, bei überhängenden Merkmalen |
Toleranzen für den DMLS-3D-Druck
Das Direkte Metall-Lasersintern (DMLS) wird dazu genutzt, nahezu porenfreie Metallteile mit einer Oberflächenrauheit von 20 Mikrometern zu erzeugen. Der Prozess erfordert sehr hohe Temperaturen, was häufig zu Schrumpfungen und Verziehen führt. Im Gegensatz zu Kunststoffen haben Metalle eine andere Wärmeleitfähigkeit und Schrumpfungsrate, weshalb das zur Wahrung der Maßgenauigkeit im Rahmen des Entwurfes berücksichtigt werden muss.
| Parameter | Wert |
| Toleranz | ±0,2% (±0,1 – 0,2 mm) |
| Schrumpfung / Verziehen | Starke Hitze während des Prozesses kann zu Schrumpfung und Verzug führen |
| Bauraum | 250 x 250 x 325 mm |
| Schichtdicke | 0,02 – 0,08 mm je nach Material. |
| Minimale Größe von Merkmalen | 0,75 mm für kosmetische Merkmale, 1,5 mm für strukturelle Merkmale. |
| Stützstrukturen | Ja, bei überhängenden Merkmalen |
Toleranzen für den Polyjet-3D-Druck
Das Polyjet-Verfahren ist eines der genauesten 3D-Druckverfahren und bietet die genauesten Toleranzen und außergewöhnliche Detailauflösungen. Es verwendet feste und gummiartige Photopolymere ohne sich dabei auf Hitze zu verlassen, wodurch es deutlich weniger unter Verziehen und Schrumpfungen leidet. Die Materialien sind jedoch weniger robust als die Thermokunststoffe im FDM oder SLS.
| Parameter | Wert |
| Toleranz | ± 0,05-0,1 Millimeter für 100 Millimeter |
| Schrumpfung / Verziehen | Minimal aufgrund des UV-Härtungsprozesses; Bei großen ebenen Flächen kann es jedoch zu leichten Verformungen kommen |
| Bauraum | Bis zu 490 mm x 391 mm x 200 mm. |
| Schichtdicke | 0,004 mm |
| Minimale Größe von Merkmalen | 1,2 mm oder mehr für starre; 2 mm oder mehr für gummiartige Materialien. |
| Stützstrukturen | Ja, bei überhängenden Merkmalen |
Toleranzen für 3D-Druck mit Carbon DLS
Das Carbon DLS – Verfahren ist ein hochpräzises 3D-Druckverfahren, das thermisch ausgehärteter technische Harze verwendet. Zu diesen Materialien gehören Optionen auf Urethanbasis wie FPU (flexibel), RPU (steif), EPU (Elastomer) und SIL, das Silikon nachahmt. Während Carbon DLS feine Details und feste Teile erzeugt, kann der Aushärteprozess zu Schrumpfungen führen.
| Parameter | Wert |
| Toleranz | ± 0,1% (± 0,1 mm für 100 mm) |
| Schrumpfung / Verziehen | Der Aushärteprozess kann einige Schrumpfungen verursachen |
| Bauraum | Bis zu 119 x 189 x 300 mm. Empfohlene Größe: Innerhalb von 100 x 100 x 150 mm |
| Schichtdicke | ~0.1 mm |
| Minimale Größe von Merkmalen | Mindestens 1 mm wird empfohlen |
| Stützstrukturen | Ja, bei überhängenden Merkmalen |
Einfluss der Nachbearbeitung auf Toleranzen
Die meisten Verfahren erzeugen Stützstrukturen. Die Entfernung dieser Stützstrukturen beeinflusst nicht nur die Oberflächengüte, sondern führt auch dazu, dass an der Stelle etwas Material abgetragen wird. Dies erzeugt dann wiederum Abweichungen in den Abmessungen.
Oberflächenveredlungen wie das Abschleifen können verwendet werden, um zusätzliches, verbliebenes Material zu entfernen, während Verfahren wie das Lackieren oder Beschichten zur Gesamtabmessung zutragen können. Im DMLS werden manchmal 1-2 mm zusätzlichen Materials auf wichtige Oberflächen aufgetragen und danach dementsprechend maschinell entfernt. Auf diesem Weg ist es möglich, die Abmessungen zu korrigieren und enge Toleranzen einzuhalten.
Faktoren, die die Toleranzen in 3D-Druckverfahren beeinflussen
Die Faktoren, die hauptsächlich den 3D-Druck beeinflussen, sind die folgenden:
- Schrumpfen des Materials
- Schichtdicke
- Minimale Größe von Merkmalen
- Bauraum/ Bauvolumen (maximale Größe, in der das Teil gedruckt werden kann, abhängig vom Verfahren)
1. Materialschrumpfung
Das im 3D-Druck verwendete Material umfasst Thermoplastfilamente, Pulver, Harze, Flüssigphotopolymere und Metallpulver. All diese Materialien haben unterschiedliche Schrumpfungsgrade. Als Grundprinzip des 3D-Druck gilt, dass Polymere schrumpfen, wenn sie abkühlen und während des Prozesses aushärten. Die Schrumpfungsrate ist dabei materialspezifisch.
| Faktor | Einfluss auf Schrumpfung und Toleranz | Praktische Lösungen |
| Materialtyp | Unterschiedliche Materialien schrumpfen unterschiedlich stark und schnell. So schrumpft Nylon stärker als PLA. | Beachten Sie materialspezifische Konstruktionsregeln; Wählen Sie schrumpfungsarme Materialien wie PLA, PETG oder Photopolymerharze für hochpräzise Teile. |
| Teilgeometrie | Große, flache oder dicke Bereiche neigen zum Verziehen und Verformen. | Unterbrechen Sie große Oberflächen mit Rippen; vermeiden Sie scharfe Kanten; reduzieren Sie die Masse des Teils falls möglich. |
| Wandstärke | Unebene Wände kühlen unterschiedlich schnell ab, was zu inneren Spannungen und Verformungen führen kann. | Halten Sie die Wandstärke konstant; allmähliche Übergänge zwischen dicken und dünnen Bereichen. |
2. Schichtdicke
Die Schichtdicke, also die vertikale Auflösung, beeinflusst wie genau ein Teil in der Z-Richtung ist. Dieser Einfluss ist besonders bei Verfahren wie FDM, SLA und PolyJet sichtbar, bei dem die Teile direkt auf einem Bett oder Bauebene gefertigt werden. Es folgt eine Übersicht, wie die Schichtdicke die Druckqualität verfahrensübergreifend beeinflusst:
| Verfahren | Typische Schichtdicke | Auswirkungen auf die Genauigkeit | Abwägungen |
| FDM | 0,05 – 0,3 mm | Große Anfangsschicht (oft> 100% Extrusion) kann zu übergroßem Untergrund führen; Treppenstufen an Kurven sichtbar | Vermeiden sie ultrafeine Details auf Kurven oder Grundflächen |
| SLS | 0,10-1,50 mm | Die Schichthöhe ist voreingestellt; Treppenstufen sind aufgrund der Verschmelzung des Pulvers weniger sichtbar | Nicht ideal für gekrümmte Details, aber mit konsistenten Maßen |
| MJF | 0,08 mm | Konsistente Z-Auflösung mit minimaler sichtbarer Schrittweite | sehr stabiler Prozess; geeignet für Funktionsteile mit guter Maßhaltigkeit |
| SLA | 0,02 mm | Gute Z-Auflösung, aber Aushärtungsspannungen können Verzug verursachen | Verwendet Stützstrukturen, um hohe Teile zu stabilisieren |
| DMLS | 0,02- 0,08 mm | Sehr dünne Schichten reduzieren die Stufenbildung, thermische Spannungen können jedoch die Flachheit beeinträchtigen | Verwenden Sie optimierte Stützen |
| Polyjet | 0,04 mm | Exzellente Genauigkeit in der Z-Achse; minimaler Stufeneffekt | Ideal für glatte Oberflächen und feine Details |
3. Minimale Größe von Merkmalen
Die Mindestgröße von Merkmalen bezieht sich auf das kleinste Detail, das ein 3D-Drucker zuverlässig herstellen kann. Es hängt sowohl vom Druckverfahren und anlagen-/maschinenspezifischen Parametern als auch vom Durchmesser der Düse, der Schichtdicke und der Größe des Laserstrahls ab.
Für das FDM hängt die Mindestgröße für Merkmale von der Düse und der Schichthöhe ab:
- XY-Auflösung: Bestimmt durch den Düsendurchmesser; eine kleinere Düse erlaubt feinere Details auf horizontalen Oberflächen.
- Z-Auflösung: Kontrolliert über die Schichtdicke; dünnere Schichten erlauben eine bessere Auflösung
- Zum Beispiel druckt eine 0,4–mm-Düse typischerweise Merkmale, die nicht kleiner als 0,4-0,5 mm in X-Y sind. Kleinere Texte oder Rillen werden besser mit einer 0,2-mm-Düse gedruckt.
- Anmerkung: Die Details eines Elements variieren dabei auch je nach Ausrichtung des Teils! Details auf der Oberseite sind schärfer als auf den vertikalen Seiten.
Pulverbasierte und harzbasierte Verfahren werden im Hinblick auf die Auflösung vom Durchmesser der Laser- oder Lichtquelle und anderen Materialeigenschaften beeinflusst:
- Größe des Laser- / Lichtpunkts: Definiert das kleinste druckbare X-Y – Element.
- Schichthöhe: Beeinflusst, ähnlich wie im FDM, die Z-Auflösung.
- Materialwiederverwendung: Das in pulverbasierten Verfahren (MJF, SLS, DMLS) wiederverwendete ungeschmolzene Pulver wird mit der Zeit weniger sphärisch, was die Konsistenz der Auflösung und die Maßgenauigkeit verringert.
4. Baugröße
Die Baugröße bezieht sich auf die maximale Gesamtgröße des Teils, das von einem 3D-Drucker hergestellt werden kann, oder auf die maximale Größe, die auf einer Bauplatte/Basis in einem 3D-Drucker angebracht werden kann. Je größer dabei das Teil ist, umso mehr Zeit ist erforderlich, dass das Teil aushärtet oder auskühlt. Während dieses Prozesses findet aufgrund ungleichmäßiger Abkühlungsvorgänge am häufigsten eine Schrumpfung oder ein Verziehen statt.
Große Teile erfordern zudem eine Menge Stützstrukturen (immer in Relation zum Entwurf und zum Verfahren). Wenn es entfernt wird, dann beeinflusst auch das die Oberflächenqualität.
Beschaffung von 3D-Drucken mit engen Toleranzen
Beim Erreichen engerer Toleranzen im 3D-Druck geht es nicht nur um die Auswahl des richtigen Verfahrens – es geht ebenso um die Interaktion zwischen Materialverhalten, Möglichkeiten des Druckers, Teilgeometrie und den eingestellten Prozessparametern. Konstrukteure und Designer sollten die Anforderungen an die Toleranzen bereits früh in die CAD-Phase miteinbeziehen, die verfahrensspezifischen Konstruktionsregeln anwenden und bereits die Nachbearbeitung, wo nötig, einplanen. Wenn Präzision von entscheidender Bedeutung ist, dann kann die Wahl stabiler Materialien und verlässlicher Verfahren wie SLA, PolyJet oder DMLS einen entscheidenden Unterschied machen.
Alternativ können sie natürlich auch mit erfahrenen Fertigungspartnern zusammenarbeiten, die Ihnen den Zugang zu Industrieanlagen, kontrollierten Umgebungen und Expertenfeedback gewähren – um sicherzustellen, dass Ihre Teile sowohl funktionell als auch im Hinblick auf die Maße den Spezifikationen entsprechen. Xometry bietet Ihnen daher maßgefertigte industrielle 3D-Druckdienste mit einer großen Palette an Verfahren, Materialien, Prüf- und Inspektionsoptionen sowie einem fachkundigen Support an, der ihnen dabei hilft, die Präzision zu erreichen, die Ihr Projekt benötigt.
Related Topics
Contact VED
4
8
Comment(0)