Ontwerpregels voor FDM 3D-printen

De ontwerpregels in één tabel

De ontwerpregels voor FDM 3D-printen volgen uit twee maten: de nozzle van 0,4 mm, die de breedte van elke lijn bepaalt, en de laagdikte van 0,2 mm. Een wand is minstens twee lijnen of 0,8 mm dik, een overhang helt hoogstens 45 graden en een gat wordt 0,2 mm groter getekend.

Dit zijn gangbare vuistregels voor FDM met een nozzle van 0,4 mm, geen eigen metingen. De technische gegevens van de printer staan bij de specificaties.

Minimale wanddikte

De minimale wanddikte voor FDM met een nozzle van 0,4 mm is 0,8 mm: twee lijnen naast elkaar. Voor een onderdeel dat je vastneemt, vastschroeft of belast, teken je 1,2 tot 2 mm. Dunner dan 0,8 mm wordt één enkele lijn, die licht doorlaat en bij de minste druk inscheurt.

Kies de wanddikte als een veelvoud van ongeveer 0,4 mm: 0,8, 1,2, 1,6 of 2 mm. Een wand van 1 mm past daar niet netjes in. De slicer vult het verschil dan op met een dunne tussenlijn, en die is zwakker dan een volle. Massief tekenen hoeft niet: de binnenkant krijgt automatisch een open vulling. Wanden doen het meeste werk, zoals je leest in de gids hoe sterk een 3D-print is.

Overhangen en de 45-gradenregel

Een overhang tot 45 graden uit de verticale print zonder steunmateriaal. Elke laag steunt dan nog voor de helft op de vorige. Steiler dan 45 graden begint de onderkant ruw te worden, en vanaf ongeveer 60 graden hangen de lijnen in de lucht en is steunmateriaal nodig.

De regel volgt uit de geometrie: bij lagen van 0,2 mm en lijnen van ongeveer 0,4 mm schuift elke laag bij 45 graden 0,2 mm op. Dunnere lagen verdragen dus steilere hellingen. Drie ontwerptrucs sparen steunmateriaal uit:

• Afschuinen in plaats van afronden. Een afronding aan de onderkant begint horizontaal en print slecht. Een afschuining van 45 graden print perfect.
• Druppelvormige gaten. Een liggend rond gat krijgt bovenaan een punt, zodat de bovenkant niet doorzakt.
• Omdraaien of opdelen. Een stuk met een brede flens print beter met de flens op de printplaat.

Bruggen

Een brug is een horizontaal stuk dat tussen twee steunpunten in de lucht geprint wordt. Tot ongeveer 30 mm lukt dat zonder steunmateriaal. Dat is de maximale bruglengte die Bambu Lab in de technische fiche voor PLA Matte opgeeft. Langere bruggen zakken in het midden door.

De cijfers staan in de fiche van PLA Matte. Voor ABS en ASA geeft de fabrikant ongeveer 40 mm op. Een brug heeft aan beide kanten steun nodig: een uitkraging die maar aan één kant vastzit, is een overhang van 90 graden en lukt niet. De onderkant van een brug is altijd wat ruwer dan de rest. Hou daar rekening mee als het een zichtvlak is.

Gaten en pennen

Teken gaten ongeveer 0,2 mm groter dan de maat die je nodig hebt, want geprinte gaten vallen kleiner uit. Het kleinste bruikbare gat is ongeveer 2 mm. Pennen en staafjes teken je minstens 3 mm dik en liever 5 mm, met een afronding aan de voet, omdat ze daar afbreken.

Verticale gaten, met de as loodrecht op de printplaat, worden het rondst. Liggende gaten worden licht ovaal en hebben vanaf ongeveer 6 mm diameter een druppelvorm of steunmateriaal nodig. Moet een gat exact op maat zijn, bijvoorbeeld voor een lager of een as, teken het dan iets te klein en laat het opboren. Waarom gaten krimpen en hoeveel speling je voor welke passing tekent, staat in de gids over toleranties bij 3D-printen.

Tekst en fijne details

Tekst in reliëf blijft leesbaar vanaf een lijndikte van ongeveer 0,5 mm en een letterhoogte van 5 mm, en wordt goed vanaf 0,8 mm en 8 mm. Kies een schreefloos, vet lettertype. Dunne schreven en haarlijnen zijn smaller dan de nozzle van 0,4 mm en verdwijnen gewoon.

Op een bovenvlak komt tekst het scherpst uit, omdat de printkop daar de letters uittekent. Op een zijvlak wordt tekst opgebouwd uit laagjes van 0,2 mm, wat fijn is in de hoogte maar minder in de breedte. Verzonken tekst is steviger dan verhoogde. Het mooiste resultaat geeft tekst in een tweede kleur, vlak in het oppervlak: dan zit het contrast in het materiaal en niet in de schaduw. Het lettertype met de sierlijke krullen bewaar je beter voor de uitnodiging.

Goed om weten. De eerste laag wordt iets platgedrukt op de printplaat en loopt daardoor een fractie uit. Dat heet een olifantenpoot. Een afschuining van 0,4 tot 0,6 mm op de onderrand vangt dat op en zorgt dat twee delen ook onderaan netjes in elkaar passen.

Printrichting en sterkte

Een FDM-print is het sterkst langs de lagen en het zwakst ertussen. Bambu Lab meet voor PLA Matte een slagvastheid van 19,2 kJ/m² in het vlak van de lagen, tegenover 6,6 kJ/m² dwars erop. Ontwerp een onderdeel dus zo dat de belangrijkste kracht langs de lagen loopt.

Een haak die rechtop geprint wordt, breekt op de laaglijn waar hij buigt. Dezelfde haak plat op zijn zijkant geprint, is veel sterker. De printrichting wordt gekozen bij het voorbereiden, maar het ontwerp bepaalt wat mogelijk is: een stuk met een vlakke zijkant kan plat liggen, een stuk dat rondom vorm heeft niet. Vermeld bij je aanvraag waar de kracht op komt.

Support: wanneer wel, wanneer niet

Steunmateriaal is nodig bij overhangen steiler dan ongeveer 60 graden, bij bruggen langer dan 30 mm en bij delen die los in de lucht beginnen. Het wordt na het printen weggebroken en laat een ruwer oppervlak achter. Het kost bovendien extra materiaal en printtijd, en dus geld.

Vermijd steun waar het kan, en aanvaard het waar het moet. Zet zichtvlakken naar boven of opzij, niet naar onder. In nauwe holtes en lange kanalen krijg je steunmateriaal niet meer weg: ontwerp die zo dat ze zonder kunnen, met een druppelvorm of een dakje van 45 graden. Minder steunmateriaal is ook de eenvoudigste manier om de prijs van een print te drukken.

Maximale afmetingen en opdelen in stukken

Het grootste onderdeel dat Yannic Fréson 3D in één stuk print, is 256 × 256 × 256 mm: het bouwvolume van de Bambu Lab P1S. Grotere ontwerpen worden opgedeeld in stukken die elk binnen die maat passen en nadien verlijmd, verschroefd of in elkaar geschoven worden.

Een stuk dat diagonaal op de printplaat ligt, mag iets langer zijn dan 256 mm, maar reken daar niet op voor brede stukken. Zo deel je een groot ontwerp verstandig op:

• Leg de naad waar ze niet stoort: op een rand, in een groef of aan de achterkant.
• Voorzie uitlijning: pennen en gaten, een zwaluwstaart of een trapje, met 0,2 mm speling per zijde.
• Kies de verbinding: secondelijm of tweecomponentenlijm voor PLA en PETG, schroeven met inzetmoeren voor wat weer uit elkaar moet.
• Denk aan kromtrekken: grote, vlakke platen in ABS of ASA trekken het meest. In PLA is dat zelden een probleem.

Zelf laten printen?

Heb je een ontwerp dat je wil testen, stuur het dan door, liefst als STEP. Je hoort wat vlot print en wat beter kan. Lees meer over een prototype laten 3D-printen of vraag je offerte aan.