Schichttrennung beim 3D-Druck: Warum Teile Monate später reißen
Ein Bauteil, das in der ersten Stunde ausfällt, ist ein Prozessproblem. Ein Bauteil, das im vierten Monat ausfällt, ist etwas ganz anderes:
Es wurde geprüft, installiert und wenn es schließlich auseinanderfällt, erinnert sich niemand mehr daran, welche Schicht es gedruckt hat.
Die Schichttrennung beim 3D-Druck funktioniert so, weil die Ebene, die sich schließlich öffnet, bereits die schwächste war.
im Teil, an dem Tag, an dem es hergestellt wurde. Die Zeit erfindet die Schwäche nicht. Sie sammelt sie an.
Das Flugzeug, das existierte, bevor es jemand belud.
Eine gedruckte Wand besteht nicht aus einem einzigen massiven Polymerstück. Sie wird mithilfe einer Filamentmaschine und einer Pelletiermaschine aufgebaut.
auf die gleiche Weise, da beide das Material in mehreren Durchgängen und nicht in einem einzigen Guss ablagern, unabhängig vom Ausgangsmaterial.
Es kommt als Filament oder in Pelletform an. Es handelt sich um einen Stapel von Lagen, die über einen schmalen Kontaktstreifen miteinander verschweißt sind.
In diesem Bereich verschmelzen zwei Materialschichten zu einem einzigen Material. Alles darüber und darunter besteht aus massivem Polymer.
mit der dem Material zugeschriebenen Festigkeit. Die Zwischenschichthaftung liegt daher unterhalb der Festigkeit von
Das umgebende Material wird aus geometrischen Gründen und nicht aufgrund von Qualitätskontrollkriterien betrachtet.
Diese eingebaute Ausrichtung ist kein Mangel, der bei einer Inspektion beanstandet werden kann; es handelt sich um eine Eigenschaft, die in der Zeichnung selten erwähnt wird.
Und die Länge macht es noch schlimmer. Beim größten Modell der Reihe misst das Bett 1.800 × 2.400 mm, sodass eine Wand
die sich über ihre gesamte Länge erstreckt, weist diese Anzahl Millimeter Verbundfläche auf. Ein Bauteil, das so konstruiert ist, als ob die
Das Material, das einheitlich ist, wird seinen Besitzer irgendwann überraschen.
Was ist während der Herstellung des Teils darin eingefroren?
Die Eigenspannungen beim 3D-Druck sind der Preis dafür, dass aus heißem Material eine Form erzeugt wird, die sofort unter Spannung steht.
durch bereits ausgehärtetes Material. Jeder Durchgang erfolgt weich, wird gegen eine unbewegliche Oberfläche gepresst und
erstarrt in dieser Position. Das Extrudat behält außerdem seine molekulare Ausrichtung vom Durchpressen durch die Düse bei.
und diese Ausrichtung bleibt dort fixiert, wo sie landet, sodass der Pass in Längsrichtung steifer ist als quer zur Breite.
Nichts davon ist bei einer Inspektion am selben Tag erkennbar. Eine Maschine mit einer Positionsgenauigkeit von 0,02 mm wird trotzdem ein fehlerhaftes Bauteil erzeugen.
Wand, deren schwächste Stellen für die Messinstrumente unsichtbar sind; Genauigkeit sagt nichts darüber aus, wie
Nun, zwei Durchgänge sind zusammengekommen. Ein frisch gedrucktes Teil enthält bereits eine gespeicherte Ladung, die noch keinen Platz gefunden hat.
An der Schnittstelle konzentriert sich die Last, da sie den am wenigsten durchgehenden Teil der Wand darstellt. Abschnitt a
Der Teil und die Schnittstelle sind die Linien, die man mit einer Klinge finden kann.
Warum der Kalender Teil des Mechanismus ist
Fragt man sich, warum 3D-gedruckte Teile mit der Zeit Risse bekommen, so lautet die ehrliche Antwort: drei Prozesse, von denen keiner sichtbar ist.
In der ersten Woche besteht kein Interesse. Alle drei greifen dasselbe Flugzeug an.
Spannungsrelaxation in Polymeren bedeutet, dass ein Material unter anhaltender Belastung die von ihm getragene Last allmählich neu verteilt.
Bei einer befestigten Verbindung verlagert diese Lastumverteilung die Last auf die Schnittstelle, für die sie nicht ausgelegt war.
Das Kriechen von 3D-gedruckten Teilen ist dasselbe Phänomen, nur dass es als Bewegung und nicht als Belastung wahrgenommen wird: Unter einer gleichmäßigen Zugkraft kann ein geklebtes Bauteil
Die Grenzfläche verformt sich langsam, und durch diese langsame Verformung entstehen aus kleinen Hohlräumen an der Schweißnaht ein sich ausbreitender Riss.
Der dritte Prozess arbeitet mit der Uhr statt mit dem Kalender. Vibration, thermische Zyklen im Vergleich zu einem benachbarten
Das Stahlteil und die wiederholten Start-Stopp-Belastungen öffnen die Kontaktfläche bei jedem Zyklus ein wenig. Ein Riss, der sich um einen Bruchteil vergrößert.
Ein Millimeter pro tausend Zyklen ist bei einem kurzen Test nicht sichtbar, nach einer Saison im Einsatz jedoch deutlich erkennbar.
Die Umwelt ist ein Auslöser, keine Ursache.
Die Exposition ist dort am wichtigsten, wo bereits dauerhafte Zugspannungen vorliegen; deshalb ist die Grenzfläche der bevorzugte Ort.
Die Fehlerstelle ist nicht die Wand. Die Feuchtigkeitsaufnahme von 3D-gedruckten Teilen ist nicht kosmetischer Natur: Polare Polymere nehmen Feuchtigkeit auf.
Auf Wasser quellen sie auf und werden weicher, wobei die Quellung bei dicken Wänden ungleichmäßig verläuft. Umweltbedingte Spannungsrisse verursachen
der Rest, wo Prozessflüssigkeiten, Öle oder Reinigungsmittel auf einer belasteten Oberfläche verbleiben und Risse öffnen, die den
schwächstes verfügbares Flugzeug.
Wohin die Servicelast tatsächlich fließt
Bauteile versagen entlang der Schichten, wenn die Last quer zu ihnen wirkt. Dasselbe Bauteil, das innerhalb der Schichtebene belastet wird, ist wesentlich stabiler.
Und dieser Unterschied ist größer, als die meisten Zeichnungen zulassen. Die tatsächliche Belastung im Betrieb entspricht selten der Zeichnung: ein Bolzen
Einseitig verdreht, eine Halterung, die sich beim Anlaufen einer Maschine biegt, ein Bauteil, das an beiden Enden fixiert ist.
Die Montage ist oft der entscheidende Moment, denn ein zu hohes Drehmoment an einem Befestigungselement führt zu Spannungen in der Verbindung.
bevor das Teil überhaupt irgendeine Arbeit verrichtet hat.
Es lohnt sich, den Lastpfad auf Papier nachzuzeichnen, bevor etwas gedruckt wird: vom Befestigungselement durch die Wand hindurch.
durch, in das, worauf das Teil montiert ist. Bei jedem Schritt gibt es nur zwei Antworten auf die Frage – Spannung.
Verläuft innerhalb der Ebenen oder quer zu ihnen. Wenn die zweite Antwort zutrifft, muss die Korrektur in der Zeichnung erfolgen.
nicht im Schneidegerät.
Die Wahrscheinlichkeit verringern, bevor das Teil das Werk verlässt
Beginnen wir mit der Schnittstelle selbst. Lange Laufstrecken bedeuten auch viele Schnittstellen: der Schichtbereich der Maschine, 0,04 mm an der
Mit einem feinen Ende und 0,6 mm am groben Ende kann eine Wand an einem Ende fünfzehnmal so viele Verbundflächen aufnehmen.
wie auf der anderen Seite, und in der Zeichnung ist normalerweise nicht vermerkt, welche Variante verwendet wurde. Eine gleichmäßige Wandstärke entlang der
Der Lastpfad erfüllt eine ähnliche Funktion, ebenso wie die Vermeidung der Übergänge von dünn zu dick, wo eine Schicht an ein viel dickeres Material haften muss.
größere Masse und die scharfen inneren Ecken, an denen sich die Spannung konzentriert.
Die Last wird dann von der Ebene weggeleitet. Bauteile, die dauerhafter Zugbelastung ausgesetzt sind, sollten so ausgerichtet werden, dass die Zugkräfte verlaufen.
Innerhalb der Schichten statt quer dazu Material hinzufügen, und Material an den Stellen auftragen, wo die Befestigungselemente sitzen. Oberflächenversiegelung 3D-gedruckt
Teile sollten bei allem, was mit Flüssigkeiten in Berührung kommt oder sich in feuchter Luft aufhält, in Betracht gezogen werden: Eine abgedichtete Oberfläche verlangsamt
Feuchtigkeitsaufnahme und hält aggressive Medien von den freiliegenden Enden der Grenzfläche fern.
Ein tragendes Bauteil sollte ebenfalls mit dem zugehörigen Druckauftrag gedruckt werden. Bei 42 verfügbaren Druckgrößen ist ein Dateiname erforderlich.
Die Analyse von Chargenprotokollen allein reicht nicht aus, um einen Maschinenausfall drei Monate später wiederzufinden; Chargenprotokolle hingegen schon.
Schließlich muss kontrolliert werden, was nach dem Druckvorgang geschieht. Tragende Teile sollten nicht monatelang unkontrolliert gelagert werden.
Lager und lastkritische Teile sollten mit einem von Ihnen festgelegten Drehmoment angezogen werden, nicht mit einem vom Monteur gewählten.
Abschluss
Eine Trennung der 3D-Druckschichten nach einigen Monaten ist kein Pech und auch kein versteckter Mangel, der durch die Qualitätsprüfung gerutscht ist.
Es ist das vorhersehbare Ergebnis einer gespeicherten Spannung, einer schwachen Ebene und einer Umgebung, die auf beides ständig einwirkt.
Eine zuverlässigere Schweißnaht herstellen, dauerhafte Belastung vom Flugzeug fernhalten, die Umgebung verlangsamen und Folgendes festlegen
Das Leben, das du brauchst. Bitte das Material, das zu tragen, was es tragen kann, in die Richtung, in die es es tragen kann, und den Riss, der
Was in der nächsten Saison angekommen wäre, bleibt dort, wo es hingehört – in der Analyse.
