Die Schichtdicke spielt bei der additiven Fertigung eine wichtige Rolle, denn sie ist unter anderem für die Standsicherheit, die Oberflächenstruktur, die Qualität des zu fertigenden Objektes und Drucktempo mit ausschlaggebend.
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Definition Schichtdicke: Die Schichtdicke bezeichnet die Höhe einer einzelnen, aufgetragenen Schicht im 3D-Druck und bestimmt die Detailgenauigkeit, Oberflächenqualität sowie die Druckzeit eines Objekts. Dünnere Schichten (z. B. 0,05 mm) ermöglichen feinere Details, verlängern jedoch den Druckprozess, während dickere Schichten (z. B. 0,3 mm) den Druck beschleunigen, aber zu sichtbaren Stufenstrukturen führen können.
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Zugleich ist die mögliche Schichtdicke ein wesentliches technisches Merkmal jeden 3D-Druckers. Im Prinzip handelt es sich bei der Schichtdicke um die Auflösung der vertikalen Achse (in der Regel ist dies die Z-Achse).
Aufgrund technologischer Unterschiede sind unterschiedliche Schichtdicken möglich. Sie variieren beim konventionellen 3D-Druck zwischen 0,016 mm und 0,4 mm. Es gibt aber auch 3D-Drucker, die beispielsweise für den Hausbau verwendet werden und mit einer mehrere Zentimeter messenden Schichtdicke aufwarten. Auf der Gegenseite steht der Nano-3D-Druck bei dem die einzelnen Schichtdicken im Nanometerbereich angesiedelt sind. Die Schichtdicken werden auf jedem 3D-Drucker vor Beginn des Drucks eingestellt. Die für die Fertigung notwendige Druckzeit hängt ebenfalls von der Schichtdicke ab.
Einfluss auf die Druckqualität
Die Wahl der Schichtdicke hat direkte Auswirkungen auf verschiedene Aspekte des Drucks:
- Detailgenauigkeit: Dünnere Schichten ermöglichen feinere Strukturen und eine glattere Oberfläche, da die einzelnen Schichten weniger sichtbar sind.
- Druckzeit: Je dünner die Schicht, desto mehr Schichten sind für das vollständige Objekt erforderlich, was die Druckzeit verlängert.
- Stabilität: Dickere Schichten können eine höhere mechanische Belastbarkeit bieten, insbesondere wenn das Material gut haftet.
- Benötigte Düsen- und Druckereinstellungen: Die Nozzle-Größe und die Flowrate müssen an die gewünschte Schichtdicke angepasst werden.
Optimale Schichtdicke für verschiedene Anwendungen
Je nach Einsatzzweck gibt es empfohlene Schichtdicken:
- Hohe Detailtreue (Miniaturen, komplexe Modelle): 0,05 – 0,15 mm
- Allgemeine Prototypen: 0,2 – 0,3 mm
- Schnelle Funktionsprototypen oder große Objekte: 0,3 – 0,4 mm
Viele 3D-Drucker erlauben eine flexible Anpassung der Schichtdicke direkt in der Slicer-Software. Für optimale Ergebnisse sollte die Schichtdicke in Relation zur Düsendurchmessergröße gewählt werden – ein Wert zwischen 25–75 % des Düsendurchmessers wird häufig empfohlen.
Beispiele für Schichtdicken bei verschiedenen 3D-Druckverfahren
Die Schichtdicke variiert je nach 3D-Druckverfahren und beeinflusst die Detailgenauigkeit sowie die Druckzeit. Professionelle FDM-3D-Drucker, wie sie von dem global tätigen Unternehmen Stratasys angeboten werden, haben typische Schichtdicken zwischen 0,17 mm und 0,33 mm. Mittelklasse-FDM-3D-Drucker, etwa von MakerBot, bieten minimale Schichtdicken von 0,1 mm.
Andere Drucktechnologien ermöglichen deutlich feinere Schichtdicken:
- Selektives Lasersintern (SLS): 0,06 mm bis 0,15 mm
- Resin-3D-Drucker (SLA/DLP): 0,015 mm bis 0,028 mm
Resin-Drucker bieten durch ihre feinen Schichten eine erheblich höhere Detailgenauigkeit als FDM-Drucker und erzeugen besonders glatte Oberflächen.
Schichtdicke nicht mit Druckauflösung oder Detailgenauigkeit verwechseln
Die Schichtdicke sollte nicht mit der Druckauflösung oder der Detailgenauigkeit verwechselt werden. Die Druckauflösung beschreibt die kleinste darstellbare Voxel-Größe, während die Detailgenauigkeit von weiteren Faktoren wie der Druckkopftechnologie und der Materialbeschaffenheit abhängt.
Die gewählte Schichtdicke beeinflusst das Druckergebnis durch die Druckausrichtung. Beispielsweise entsteht bei schiefen Flächen zur Z-Achse hin oft ein sichtbarer Treppeneffekt, unabhängig von der verwendeten Drucktechnologie. Hier kann eine geschickte Ausrichtung im Slicer helfen, die sichtbaren Schichtlinien zu minimieren.
Einfluss der Schichtdicke auf Druckzeit, Kosten und Stabilität
Die Anzahl und Stärke der Schichten beeinflusst die Fertigungszeit und Kosten. Dünnere Schichten benötigen mehr Durchgänge, was die Druckzeit erhöht:
- Ein Objekt mit 1 cm Höhe erfordert bei 0,1 mm Schichtdicke etwa 100 Schichten, während es bei 0,05 mm Schichtdicke 200 Schichten sind.
- Mehr Schichten bedeuten eine längere Druckdauer und höheren Materialverbrauch, was die Kosten steigen lässt.
Neben der Optik hat die Schichtdicke auch Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften:
- Dünne Schichten: Führen zu einer glatteren Oberfläche, können aber die Stabilität reduzieren, wenn die Schichtbindung nicht optimal ist.
- Dicke Schichten: Erhöhen die Stabilität und reduzieren die Druckzeit, hinterlassen aber stärkere sichtbare Schichtlinien.
Die richtige Wahl der Schichtdicke hängt also von den Anforderungen des Druckobjekts ab: Soll es detailreich und glatt oder eher schnell und stabil gedruckt werden?