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Toleranzen beim 3D-Druck für technische Passformen

Toleranz und Passform sind grundlegende Konzepte für alle Ingenieure, die mechanische Baugruppen designen.

Die Berücksichtigung von Toleranzen optimiert letztlich sowohl die Prototypenherstellung als auch die Fertigung und senkt die Materialkosten der Herstellung von Prototypenversionen, die Fertigstellungsdauer und das Risiko zerbrochener Teile.

Bei der konventionellen Behandlung weisen strengere Toleranzen eine exponentielle Beziehung zu höheren Kosten auf. Strengere Toleranzen erfordern zusätzliche und langsamere Bearbeitungsschritte als großzügigere Toleranzen. Deshalb werden bearbeitete Teile mit dem großzügigsten Toleranzen hergestellt, die für die Anwendung möglich sind.

Anders als die Bearbeitung weist der Stereolithographie-(SLA)-3D-Druck eine einzige automatisierte Fertigungsphase auf. Strengere Toleranzen erfordern gegebenenfalls einen zusätzlichen Aufwand beim Design, können jedoch maßgebliche Zeit- und Kosteneinsparungen bei der Prototypenherstellung und der Fertigung mit sich bringen.

In diesem Eintrag erklären wir, wann die Toleranzenbestimmung am wertvollsten für den 3D-Druck ist. Dann erlernen Sie die Grundlagen von Spiel-, Übergangs- und Presspassungen und wann diese Passungen für ein Baugruppendesign sinnvoll ist.

Die Toleranz ist der vorhergesagte Intervall der möglichen Maße von Teilen zum Zeitpunkt der Herstellung.
Die Toleranz ist der vorhergesagte Intervall der möglichen Maße von Teilen zum Zeitpunkt der Herstellung.

Wollen Sie lernen, wie Sie den 3D-Druck für technische Anwendung verwenden können? Lassen Sie sich in unserem Webinar den Arbeitsablauf für den SLA-3D-Druck und Materialoptionen erklären und erhalten Sie Expertentipps zur Optimierung von Druckabläufen, mit denen Sie den vollen Nutzen aus dem 3D-Druck ziehen können.

Die Toleranzbestimmung für große Baugruppen und die Fertigung in kleinen Serien

Die fixen Stückkosten beim SLA-3D-Druck machen ihn zu einer kosteneffektiven Methode für die Prototypenherstellung und die Fertigung kleiner Serien, insbesondere für maßgefertigte Teile, für die andernfalls maßgeblich in Formen investiert werden müsste.

Während die manuelle Fertigstellung von 3D-gedruckten Teilen im Einzelfall eine sinnvolle Methode zum Erzielen des korrekten Sitzes darstellen kann, ist die Festlegung von Toleranzen im Rahmen der Designphase lohnenswert, wenn mehrere Teile oder größere Baugruppen gefertigt werden, die mehr Zeit für die Fertigstellung benötigen.

Der SLA-3D-Druck bietet eine breite Spanne von technischen Materialien von hitzebeständigen Kunstharzen zur Herstellung von Gussformen bis hin zu besonders festen Kunstharzen, die hohen Belastungen und Abnutzung widerstehen können. Laden Sie unser Whitepaper „Technische Passgenauigkeit: Designoptimierung für funktionale, 3D-gedruckte Baugruppen” herunter, in dem Sie Toleranzempfehlungen für Tough Resin und Durable Resin von Formlabs finden.

Die Wahl der besten technischen Passung

Um die optimalen Toleranzen zu ermitteln und zu designen, müssen Sie zunächst die beste Passung für Ihre Baugruppe bestimmen.

Die funktionalen Anforderungen Ihrer Baugruppe legen fest, wie die Teile sich zusammenfügen sollen.

a flowchart that walks through how to choose the best type of engineering fit based on the functional need of an assembly. The chart outline the three types of fit possible, and their subcategories. Ultimately, it show that dynamic assemblies are best matched with a clearance fit (subcategories: sliding and running fits), and that static assembly are best suited for transition fit (subcategories: keying and push fits) or interference fit (subcategories: force and press fits

Technische Passungen lassen sich in drei Arten unterteilen: Spielpassungen, Übergangspassungen und Presspassungen. Diese Arten können dann in jeweils zwei wichtige Unterkategorien unterteilt werden.

Unterschiedliche Fertigungsmethoden führen zu Variation in Toleranzen. Passungen stellen also Kontinuen dar. Bei größeren Spielpassungen wird beispielsweise Präzision für Bewegungsfreiheit geopfert. Engere Übergangsanpassungen sind robuster, verschleißen jedoch schneller. Presspassungen, die eine höhere Krafteinwirkung erfordern, lassen sich schwerer demontieren.

Spielpassungen

Die Bewegungsfreiheit einer Komponente erfordert Spiel oder Raum zwischen den aktiven Oberflächen. Sie erzielen Spiel, indem Sie sicherstellen, dass die Toleranzbereiche der aktiven Oberflächen nicht überlappen.

Eine aktive Oberfläche ist ein Bereich des Modells, an dem sich zwei Oberflächen berühren und sich entweder gegeneinander bewegen oder eine statische Passung aufweisen.

Unterkategorien

  • Schiebesitze verfügen über seitliches Spiel, während Spielpassungen über fast kein Spiel verfügen.
  • Laufpassungen verfügen über etwas mehr Reibung, erlauben dafür aber eine präzisere Bewegung.

Spiel bezeichnet den Bewegungsspielraum in nicht beabsichtigte Richtungen innerhalb von Mechanismen.

Übergangspassung

Wenn kein Bewegungsspielraum zwischen Teilen erforderlich ist, erlauben Übergangspassungen die leichte Montage und Demontage. Übergangspassungen verfügen über überlappende Toleranzbereiche.

Unterkategorien

  • Mit einer Schlüsselpassung fügt sich eine Komponente genau in eine andere Komponente ein bzw. um sie herum, und es ist nur eine leichte Kraftaufwendung erforderlich, um sie zu installieren oder zu entfernen.
  • Bei Steckverbindungen ist eine höhere Kraftaufwendung erforderlich, um die Teile zusammenzufügen und zu entfernen, doch sie können von Hand verbunden werden.

Presspassung

Presspassungen bieten feste, robuste Verbindungen, doch bei der Montage ist eine vielfach höhere Krafteinwirkung von Nöten. Bei Presspassungen überschneiden sich die Toleranzbereiche vollständig.

Unterkategorien

  • Beim Festsitz beträchtliche Kraftaufwendung für die Installation erforderlich. Dafür kommen häufig Werkzeuge wie Hämmer zum Einsatz, und die Verbindung ist irreversibel.
  • Eine Übermaßpassung erfordert noch mehr Kraft für die Installation, die mit einer Dornpresse oder ähnlichen Werkzeugen aufgebracht wird.

Das Design erfolgreich 3D-gedruckter Baugruppen

an image of Formlabs’ white paper “Engineering Fit: Optimizing Design for Functional 3D Printed Assemblies.”
Passungsbereiche für häufig verwendete Formen können für viele verschiedene Designs zum Einsatz gebracht werden. Sobald Sie sich für die optimale Passung entschieden haben, müssen Sie Materialien und Designtoleranzen für ihr Produkt wählen. Unser Whitepaper „Passung und Toleranz: Designoptimierung für funktionale 3D-gedruckte Bauteile“ bietet Ihnen Orientierung zu diesen Entscheidungen.

In diesem Whitepaper erläutern wir, wie Toleranzen für die einzelnen Passungen zu messen und anzuwenden sind und geben spezifische Empfehlungen für Tough Resin und Durable Resin von Formlabs. Sie finden zudem Downloadlinks für Testmodelle und Empfehlungen zu Schmierstoffen, Verbundteilen und maschineller Bearbeitung.

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