Im 3D-Druck ist Bauteilsupport oft ein unverzichtbares Hilfsmittel, um komplexe Geometrien und Überhänge zu drucken. Doch Supportstrukturen sind nicht ohne Nachteile: Sie verbrauchen zusätzliches Material, erhöhen die Druckzeit und erfordern Nachbearbeitung. In diesem Beitrag gehen wir auf die verschiedenen Arten von Supportmaterialien ein, einschließlich der Vor- und Nachteile von wasserlöslichem Support oder der Verwendung von zwei Materialien (wie PLA mit einer PETG-Trennschicht). Außerdem erfährst du, wie du durch clevere Konstruktion Support reduzieren und das Potenzial des Bridging (das Überbrücken kurzer Lücken ohne Support) nutzen kannst.
1. Was ist Bauteilsupport?
Supportstrukturen sind temporäre Stützstrukturen, die während des 3D-Druckprozesses verwendet werden, um überhängende Bereiche des Modells zu stabilisieren. Ohne Support könnten diese Bereiche aufgrund der Schwerkraft absacken oder deformiert werden. Sobald der Druck abgeschlossen ist, werden die Supportstrukturen entfernt.
2. Arten von Supportmaterialien
Im 3D-Druck gibt es verschiedene Möglichkeiten, Support zu erstellen. Je nach Drucker und Slicer-Software kannst du zwischen verschiedenen Materialien und Druckstrategien wählen. Hier sind die gängigsten Supportarten:
A. Ein-Material-Support (z.B. PLA)
Bei der Verwendung eines einzigen Materials für das Modell und den Support wird der Support aus demselben Material wie das Druckobjekt erstellt, etwa PLA oder ABS. Der Slicer platziert die Stützstrukturen automatisch unter Überhängen und kritischen Bereichen.
Vorteile:
- Einfach zu drucken, da kein zweiter Extruder oder spezielles Material benötigt wird.
- Funktioniert mit den meisten Desktop-3D-Druckern.
- Kostengünstig und mit gängigen Filamenten kompatibel.
Nachteile:
- Das Entfernen des Supports kann schwierig sein und zu Beschädigungen an der Oberfläche des Modells führen.
- Nachbearbeitung ist oft aufwendig, insbesondere bei komplexen Modellen mit vielen Überhängen.
- Sichtbare Spuren auf den Oberflächen, die auf dem Support lagen, sind häufig.
B. Zwei-Material-Support – PLA mit PETG-Trennschicht
Die Verwendung von zwei Materialien bietet eine interessante Möglichkeit, den Support zu optimieren. Hierbei wird ein robustes Material wie PLA für das Modell und ein flexibleres oder glatteres Material wie PETG für den Support verwendet. Die Trennschicht aus PETG erleichtert das Entfernen des Supports, da es sich besser ablöst und weniger Oberflächenschäden verursacht.
Vorteile:
- Einfacher zu entfernen als Ein-Material-Support, da die PETG-Trennschicht weniger Haftung an der Modelloberfläche hat.
- Reduziert die Nachbearbeitung und hinterlässt weniger sichtbare Spuren auf der Modelloberfläche.
- Funktioniert gut mit Dual-Extruder-Druckern, die mehrere Materialien verarbeiten können.
Nachteile:
- Erfordert einen Dual-Extruder-Drucker oder zumindest das manuelle Wechseln von Filamenten während des Drucks.
- Höhere Kosten durch die Verwendung von zwei verschiedenen Materialien.
- Komplexere Kalibrierung und längere Druckzeit, da zwei Materialien verwendet werden.
C. Wasserlöslicher Support (z.B. PVA oder BVOH)
Eine weitere Option für Bauteilsupport ist die Verwendung von wasserlöslichem Material wie PVA (Polyvinylalkohol) oder BVOH (Butenediol Vinyl Alcohol Copolymer). Diese Materialien werden als Support gedruckt und können nach dem Druck in Wasser aufgelöst werden, was eine extrem saubere Entfernung ermöglicht.
Vorteile:
- Perfekt für komplexe Geometrien und schwer zugängliche Stellen, bei denen mechanisches Entfernen schwierig ist.
- Kein Risiko von Oberflächenschäden, da sich das Supportmaterial einfach im Wasser auflöst.
- Eignet sich hervorragend für hochkomplexe Modelle oder Modelle mit sehr feinen Details.
Nachteile:
- Wasserlösliche Filamente sind teurer als herkömmliche Filamente.
- Erfordert spezielle Lagerung, da PVA und BVOH hygroskopisch sind (sie ziehen Feuchtigkeit aus der Luft an), was die Druckqualität beeinträchtigen kann.
- Dual-Extruder-Drucker sind notwendig, um gleichzeitig Modell- und Supportmaterial zu extrudieren.
3. Konstruktion als Schlüssel zur Reduzierung von Support
Eine der besten Möglichkeiten, den Einsatz von Supportmaterial zu minimieren, ist konstruktionsseitiges Mitdenken. Mit cleverem Design kannst du den Bedarf an Support erheblich reduzieren und gleichzeitig die Druckqualität verbessern.
Konstruktionsstrategien zur Reduzierung von Support:
- Vermeide unnötige Überhänge: Überhänge von mehr als 45 Grad erfordern normalerweise Support. Indem du den Winkel von Überhängen verringern oder sie in das Design integrierst, kannst du den Bedarf an Stützstrukturen eliminieren.
- Nutze flache Übergänge: Statt direkt von einer Ebene zur nächsten zu springen, kannst du schrittweise Übergänge und Neigungen einbauen, die keinen Support benötigen.
- Optimierung der Druckorientierung: Je nach Drucker und Modell kannst du durch die richtige Ausrichtung des Modells auf der Druckplattform den Bedarf an Support minimieren. Überlege, ob eine Neigung oder eine andere Positionierung des Modells weniger überhängende Strukturen erzeugt.
- Ergänze integrierte Stützstrukturen: Manchmal kann es sinnvoll sein, das Modell so zu gestalten, dass es seine eigenen Stützstrukturen enthält. Diese können nach dem Druck einfach entfernt oder als Designelement belassen werden.
4. Bridging – Druck ohne Support
Ein weiterer wichtiger Aspekt zur Reduzierung des Bauteilsupports ist das sogenannte Bridging. Hierbei überbrückt der Drucker kurze Lücken im Modell, ohne dass ein Support notwendig ist.
Wie funktioniert Bridging?
Beim Bridging wird Filament über eine Lücke im Modell extrudiert, ohne dass darunter eine Stütze erforderlich ist. Dies funktioniert vor allem bei kurzen Abständen, da das Filament noch warm genug ist, um sich leicht zu dehnen, aber schnell genug abkühlt, um die Brücke stabil zu halten.
Vorteile des Bridging:
- Keine zusätzlichen Materialien: Bridging spart Material, da keine Supportstrukturen unter der Brücke benötigt werden.
- Schnellere Druckzeiten: Da weniger Supportstrukturen gedruckt werden müssen, kann der Druck schneller abgeschlossen werden.
- Sauberere Oberflächen: Es gibt keine Kontaktflächen mit Support, die Nachbearbeitung erfordern.
Limitierungen des Bridging:
- Maximale Brückenspannweite: Bridging funktioniert nur bis zu einer gewissen Spannweite. Bei größeren Abständen kann das Filament durchhängen oder reißen.
- Erfordert Feintuning: Für optimales Bridging müssen die Druckgeschwindigkeit und die Lüftereinstellungen im Slicer oft angepasst werden, um das beste Ergebnis zu erzielen.
Fazit: Die Wahl des richtigen Supports für dein Projekt
Bauteilsupport ist im 3D-Druck unverzichtbar, wenn es um komplexe Modelle geht. Ob du ein Standard-Einmaterial-Support verwendest, auf wasserlösliches Supportmaterial setzt oder den Support mit cleverer Konstruktion minimierst – die Wahl hängt von deinem Projekt, dem Druckmaterial und dem Drucker ab.
Wenn du mit komplexen Modellen arbeitest oder maximale Oberflächenqualität erreichen willst, lohnt sich der Einsatz von zwei Materialien oder wasserlöslichem Support. Für weniger kritische Modelle kann oft eine einfache Anpassung der Konstruktion oder das geschickte Nutzen von Bridging den Supportbedarf stark reduzieren.
Mit der richtigen Strategie für Bauteilsupport kannst du nicht nur Zeit und Material sparen, sondern auch die Qualität deiner Drucke deutlich verbessern.