CAD-Modellierung für 3D-Druck – druckgerechte 3D-Modelle erstellen

SK-Konstruktion erstellt und überarbeitet 3D-CAD-Modelle speziell für die additive Fertigung und den 3D-Druck.

Aus Skizzen, Zeichnungen, STEP-Dateien, vorhandenen CAD-Daten, Fotos oder realen Bauteilen entstehen fertigungsgerechte 3D-Modelle, die anschließend für FDM-/FFF- oder Resin-3D-Druck verwendet werden können.
Dabei berücksichtigen wir bereits während der Konstruktion die Anforderungen des vorgesehenen Druckverfahrens, beispielsweise Wandstärken, Überhänge, Toleranzen, Teilung des Bauteils und spätere Montage.

Ein möglicher Ablauf ist:

Idee / Zeichnung / Bauteil → CAD-Modell → druckgerechte Optimierung → STL/3MF → 3D-Druck → Prüfung und Anpassung

CAD-Modellierung speziell für den 3D-Druck

Ein geometrisch korrektes 3D-Modell ist nicht automatisch ein gutes 3D-Druckmodell.
Bei der Konstruktion für additive Fertigung müssen zusätzliche Randbedingungen berücksichtigt werden.
Dazu gehören unter anderem:

• Wandstärken
• Überhänge
• Druckrichtung
• Stützstrukturen
• Toleranzen
• Passungen
• Bohrungen
• Radien
• mechanische Belastung
• Teilung großer Bauteile
• Montage nach dem Druck
• vorgesehene Drucktechnologie

Deshalb betrachten wir nicht nur die gewünschte Geometrie, sondern auch, wie das Bauteil später tatsächlich hergestellt werden soll.

Von der Idee zum 3D-druckbaren Modell

Nicht für jedes 3D-Druckprojekt liegen bereits fertige CAD-Daten vor.
Als Grundlage können beispielsweise dienen:

• Handskizzen
• technische Zeichnungen
• PDF-Dateien
• Fotos
• Maße
• vorhandene Bauteile
• STEP-Daten
• einfache STL-Dateien
• Produktideen
• technische Beschreibungen

Aus diesen Informationen kann ein neues 3D-CAD-Modell aufgebaut werden.
Je genauer Funktion, Abmessungen und Einsatzbedingungen bekannt sind, desto zielgerichteter kann die Konstruktion auf den späteren 3D-Druck abgestimmt werden.

Technische Bauteile für den 3D-Druck konstruieren

Unser Schwerpunkt liegt auf funktionalen und technischen Bauteilen.

Typische Beispiele sind:

• Halterungen
• Adapter
• Gehäuse
• Abdeckungen
• Führungen
• Abstandshalter
• Montagehilfen
• Vorrichtungen
• Clips
• Knöpfe
• Bedienelemente
• Ersatzteile
• Verbindungsbauteile
• kundenspezifische Sonderteile

Dabei können sowohl komplett neue Bauteile konstruiert als auch vorhandene Lösungen angepasst werden.

Konstruktion für FDM-/FFF-3D-Druck

Beim FDM-/FFF-Verfahren wird das Bauteil schichtweise aus thermoplastischem Kunststoff aufgebaut.
Die Konstruktion sollte deshalb auf das Verfahren abgestimmt werden. 

Wichtige Punkte sind beispielsweise:

• ausreichende Wandstärken
• sinnvolle Druckrichtung
• Belastungsrichtung
• Überhänge
• Stützmaterial
• Bohrungen
• Passungen
• mechanische Verbindungselemente
• mögliche Verformungen
• Bauteilgröße

Gerade bei funktionalen Bauteilen spielt die Orientierung der Schichten eine wichtige Rolle, da die mechanischen Eigenschaften nicht in allen Richtungen identisch sind.

Durch eine angepasste Konstruktion kann das Bauteil druckbarer und für die spätere Anwendung geeigneter gestaltet werden.

Konstruktion für Resin-3D-Druck

Beim Resin-Druck lassen sich besonders feine Details und komplexe Geometrien herstellen.
Das Verfahren eignet sich beispielsweise für:

• kleine technische Bauteile
• detaillierte Modelle
• Mastermodelle
• Gehäuse
• filigrane Komponenten
• Muster
• Formenbau

Auch hier müssen bereits in der CAD-Konstruktion verschiedene Punkte berücksichtigt werden.
Dazu können gehören:

• Wandstärken
• Hohlräume
• Ablauföffnungen
• Bauteilorientierung
• Stützstrukturen
• Entformung beziehungsweise Nachbearbeitung

Je nach Anwendung kann ein Resin-Bauteil direkt eingesetzt oder als Mastermodell für weitere Fertigungsverfahren verwendet werden.

Wandstärken konstruktiv berücksichtigen

Zu geringe Wandstärken können beim 3D-Druck zu instabilen oder nicht zuverlässig herstellbaren Bauteilen führen.

Zu große Wandstärken erhöhen dagegen:

• Materialverbrauch
• Druckzeit
• Gewicht
• mögliche Verformung

Deshalb sollten Wandstärken abhängig von:

• Material
• Druckverfahren
• Bauteilgröße
• Belastung
• Geometrie

gewählt werden.

Eine pauschale optimale Wandstärke gibt es nicht.
Die Konstruktion wird deshalb immer auf die konkrete Anwendung abgestimmt.

Überhänge und Stützstrukturen reduzieren

Viele 3D-Druckverfahren benötigen bei bestimmten Geometrien zusätzliche Stützstrukturen.
Diese erhöhen:

• Druckzeit
• Materialverbrauch
• Nachbearbeitung
• mögliche Oberflächenfehler

Bei der CAD-Modellierung kann deshalb versucht werden, problematische Überhänge bereits konstruktiv zu reduzieren.

Mögliche Maßnahmen sind:

• Fasen statt waagerechter Überhänge
• alternative Bauteilorientierung
• Geometrieänderungen
• Teilung des Modells
• selbsttragende Formen

Nicht jede Stützstruktur lässt sich vermeiden, aber eine druckgerechte Konstruktion kann den Aufwand häufig deutlich reduzieren.

Passungen und Toleranzen für 3D-Druck

Bauteile aus dem 3D-Druck besitzen andere Maß- und Oberflächeneigenschaften als beispielsweise gefräste oder gedrehte Teile.

Bei zusammengehörenden Bauteilen müssen deshalb passende Abstände berücksichtigt werden.

Das betrifft beispielsweise:

• Steckverbindungen
• Schiebeführungen
• Deckel
• Gehäuse
• Clips
• Bolzen
• Bohrungen
• bewegliche Bauteile

Die erforderliche Toleranz hängt unter anderem ab von:

• Druckverfahren
• Material
• Drucker
• Bauteilgröße
• Orientierung
• gewünschter Funktion

Deshalb werden funktionale Passungen nach Möglichkeit bereits während der CAD-Konstruktion berücksichtigt.

Schrauben, Gewinde und Verbindungselemente

3D-gedruckte Bauteile müssen häufig mit anderen Komponenten verbunden werden.
Dabei können beispielsweise eingesetzt werden:

• Durchgangsbohrungen
• Senkungen
• Mutternaufnahmen
• Schraubverbindungen
• Gewindeeinsätze
• Einschmelzmuttern
• Rastverbindungen
• Steckverbindungen

Solche Elemente sollten bereits konstruktiv berücksichtigt werden.
Gerade bei Gewindeeinsätzen oder Mutternaufnahmen können geeignete Geometrien die spätere Montage deutlich erleichtern.

Große Bauteile sinnvoll teilen

Nicht jedes Bauteil muss in einem Stück gedruckt werden.
Bei großen oder geometrisch ungünstigen Teilen kann eine bewusste Aufteilung sinnvoll sein.

Dadurch können beispielsweise:

• größere Bauteile hergestellt
• Stützstrukturen reduziert
• bessere Oberflächen erzielt
• unterschiedliche Druckrichtungen genutzt
• beschädigte Segmente später leichter ersetzt

werden.

Für die spätere Montage können bereits in CAD geeignete Verbindungselemente vorgesehen werden.

Dazu gehören beispielsweise:

• Steckverbindungen
• Passstifte
• Schraubverbindungen
• Überlappungen
• Klebeflächen
• Nut-und-Feder-Geometrien

Vorhandene CAD-Daten für 3D-Druck aufbereiten

Nicht jedes vorhandene CAD-Modell ist unmittelbar für den 3D-Druck geeignet.
Modelle aus Maschinen- oder Produktkonstruktionen enthalten beispielsweise häufig:

• sehr dünne Flächen
• ungeeignete Wandstärken
• komplexe Baugruppen
• unnötige Kleinteile
• problematische Überhänge
• offene Geometrien
• nicht benötigte Details

Solche Modelle können vor dem Druck vereinfacht oder angepasst werden.

Je nach Ausgangsdaten können wir:

• Geometrien vereinfachen
• Wandstärken anpassen
• Bauteile zusammenführen
• Modelle aufteilen
• Befestigungen ergänzen
• Druckausrichtung berücksichtigen
• störende Details entfernen

STEP-Dateien für 3D-Druck weiterverarbeiten

STEP-Daten sind häufig eine gute Grundlage für die additive Fertigung.
Das Modell kann in CAD geöffnet und vor dem Export beispielsweise:

• angepasst
• repariert
• vereinfacht
• geteilt
• mit zusätzlichen Funktionen versehen

werden.

Anschließend kann die Geometrie in ein geeignetes Format für die weitere Druckvorbereitung überführt werden.

STL-Dateien prüfen und bearbeiten

STL-Dateien bestehen nicht aus klassischen parametrischen CAD-Flächen, sondern aus einem Dreiecksnetz.
Dadurch sind Änderungen oftmals deutlich schwieriger als bei STEP- oder nativen CAD-Dateien.
Einfache Anpassungen können je nach Modell möglich sein.
Bei umfangreicheren Änderungen ist es häufig sinnvoller, das Bauteil konstruktiv neu aufzubauen.

Das gilt insbesondere, wenn:

• Maße exakt geändert werden müssen
• Bohrungen verschoben werden sollen
• Passungen erforderlich sind
• Varianten entstehen sollen
• eine spätere technische Weiterentwicklung geplant ist

Scan-Daten als Grundlage für neue CAD-Modelle

Wenn überhaupt keine digitalen Daten existieren, kann ein vorhandenes Bauteil über 3D-Scan erfasst werden.
Die Scandaten dienen anschließend als Referenz für den CAD-Aufbau.

Dieser Prozess ist besonders interessant bei:

• Ersatzteilen
• komplexen Konturen
• Freiformflächen
• Altteilen
• beschädigten Bauteilen
• Anpassungen an vorhandene Geometrien

Mehr über 3D-Scan & Reverse Engineering erfahren → 

Ersatzteile für den 3D-Druck nachkonstruieren

Ein häufiger Anwendungsfall ist ein nicht mehr verfügbares Ersatzteil.
Wenn ein vorhandenes Muster noch vorhanden ist, kann dieses:

• vermessen
• gegebenenfalls gescannt
• konstruktiv analysiert
• als neues CAD-Modell aufgebaut

werden.

Dabei muss das neue Teil nicht zwingend eine exakte Kopie sein.
Schwachstellen können beispielsweise konstruktiv verändert oder Befestigungen an die aktuelle Anwendung angepasst werden.

Anschließend kann ein Prototyp gefertigt und praktisch geprüft werden.

Funktionale Bauteile statt nur optischer Modelle

Bei technischen Anwendungen geht es häufig nicht nur darum, wie ein Bauteil aussieht.
Es muss auch eine Funktion erfüllen.

Deshalb berücksichtigen wir bei der Konstruktion nach Möglichkeit:

• Belastungsrichtung
• Befestigung
• Einbausituation
• Montage
• Temperatur
• Umgebung
• Bewegungen
• Material
• erforderliche Flexibilität oder Steifigkeit

Daraus ergibt sich nicht nur die Geometrie, sondern häufig auch eine Empfehlung für das geeignete Fertigungsverfahren beziehungsweise Material.

Iterative Entwicklung mit Prototypen

Ein Vorteil des 3D-Drucks besteht darin, dass Änderungen relativ schnell praktisch überprüft werden können.

Ein typischer Entwicklungsablauf ist:

CAD-Modell → Prototyp → Prüfung → CAD-Änderung → neuer Prototyp

Damit können beispielsweise:

• Passungen optimiert
• Abmessungen verändert
• Befestigungen verbessert
• ergonomische Eigenschaften beurteilt
• Montageprobleme erkannt

werden.

Gerade bei neuen Produkten ist dieser iterative Prozess häufig sinnvoller als eine einzige endgültige Konstruktion ohne praktische Erprobung.

CAD-Modell und 3D-Druck aus einer Hand

Da SK-Konstruktion sowohl CAD-Konstruktion als auch eigene 3D-Druckmöglichkeiten anbietet, kann das Modell bereits auf die vorhandene Fertigungstechnik abgestimmt werden.

Dadurch können Konstruktion und Druckvorbereitung direkt miteinander verbunden werden.
Ein möglicher Ablauf:

Anforderung → CAD-Modell → fertigungsgerechte Anpassung → Druckvorbereitung → 3D-Druck → Prüfung

Bei Änderungsbedarf kann direkt wieder auf das CAD-Modell zurückgegriffen werden.

Mehr über unseren 3D-Druck Service erfahren →

Welche Dateiformate sind sinnvoll?

Welches Dateiformat benötigt wird, hängt davon ab, was anschließend mit dem Modell gemacht werden soll.

Was benötigen wir für eine Anfrage?

Für eine erste Einschätzung helfen beispielsweise:

• vorhandene CAD-Daten
• STEP- oder STL-Dateien
• Zeichnungen
• Skizzen
• Fotos
• vorhandene Musterteile
• Abmessungen
• gewünschte Funktion
• vorgesehene Belastung
• Materialanforderungen
• gewünschte Stückzahl

Wenn noch keine technischen Daten vorhanden sind, reicht zunächst auch eine Beschreibung der gewünschten Funktion.

Typische Aufgabenstellungen unserer Kunden

„Ich habe eine Idee, aber noch kein 3D-Modell.“
Aus Skizzen, Maßen und Anforderungen kann ein druckgerechtes CAD-Modell entstehen.

„Ich habe eine STEP-Datei, die für den Druck angepasst werden muss.“
Vorhandene Geometrien können überprüft und konstruktiv an die additive Fertigung angepasst werden.

„Ich habe nur eine STL-Datei und möchte etwas ändern.“
Je nach Umfang kann das Netzmodell bearbeitet oder das Bauteil neu in CAD aufgebaut werden.

„Ich möchte ein nicht mehr erhältliches Ersatzteil nachbauen.“
Das vorhandene Bauteil kann vermessen oder gescannt und anschließend neu konstruiert werden.

„Mein Bauteil ist zu groß für den Drucker.“
Das Modell kann gegebenenfalls sinnvoll geteilt und für die spätere Montage vorbereitet werden.

„Ich brauche eine funktionierende Passung zwischen zwei gedruckten Teilen.“
Passungen und Toleranzen können bereits im CAD-Modell berücksichtigt und anschließend durch Prototypen praktisch überprüft werden.

CAD-Modellierung für 3D-Druck aus Schopfheim

SK-Konstruktion verbindet mechanische CAD-Konstruktion mit eigener additiver Fertigung am Standort Schopfheim im Landkreis Lörrach.

Dadurch betrachten wir ein Modell nicht nur aus Sicht der CAD-Konstruktion, sondern auch hinsichtlich seiner späteren Herstellung.

Wir unterstützen sowohl bei einzelnen 3D-Druckmodellen als auch bei technischen Bauteilen, Ersatzteilen, Prototypen und kleineren Entwicklungsprojekten.

Sie benötigen ein 3D-druckbares CAD-Modell?

Senden Sie uns Ihre vorhandenen Zeichnungen, Skizzen, CAD-Dateien, Fotos oder eine Beschreibung des gewünschten Bauteils.

Wir prüfen, welche Daten bereits vorhanden sind und welche konstruktiven Schritte für ein druckgerechtes Modell erforderlich sind.

CAD-Modell für 3D-Druck unverbindlich anfragen →