3D-Druck Gewinde: Möglichkeiten und Einschränkungen

Bei dem 3D-Druck handelt es sich um eine spanlo­se und additi­ve Ferti­gungs­tech­no­lo­gie, die auch die Möglich­keit bietet, Gewin­de herzustellen.

Dabei müssen aller­dings einige Fakto­ren beach­tet werden.

Herstel­lung von Gewin­den mit 3D-Druck

Grund­sätz­lich lassen sich mit dem 3D-Drucker zwar Gewin­de drucken, aller­dings kann ihr Einsatz proble­ma­tisch sein, insbe­son­de­re wenn hohe Präzi­si­on und Festig­keit erfor­der­lich sind.

Wenn zwei Kompo­nen­ten mitein­an­der verbun­den werden sollen, ist eine Schraub­ver­bin­dung häufig die erste Wahl.

Im Vergleich zum Zusam­men­kle­ben oder ‑schwei­ßen können die beiden Teile ohne Schaden und großen Aufwand wieder getrennt werden.

Außer­dem sind Schrau­ben und Schrau­ben­mut­tern standar­di­siert und leicht erhältlich.

Da dank additi­ven Ferti­gungs­ver­fah­ren verschie­dens­te Werkstü­cke basie­rend auf den digita­len Daten eines 3D-Programms erstellt werden können, erscheint auch das Drucken von Gewin­den naheliegend.

Herkömm­li­che Gewindeherstellung

Üblicher­wei­se werden zur Herstel­lung von Gewin­den Metho­den wie Fräsen, Formen oder Bohren genutzt. Dabei wird zwischen spanen­den und spanlo­sen Verfah­ren unterschieden.

Die gestal­te­ri­sche Freiheit von additi­ver Ferti­gung bietet die Möglich­keit, diese zusätz­li­chen Schrit­te zu umgehen.

Mit dem 3D-Drucker kann ein Gewin­de direkt ins Werkstück “gedruckt” werden.

Welche Einschrän­kun­gen gibt es beim 3D-Druck von Gewinden?

Mit 3D-Druck herge­stell­te Gewin­de sind oft weniger präzi­se als herkömm­lich herge­stell­te Gewinde.

Das liegt an folgen­den Einschrän­kun­gen:

  1. Schicht­bil­dung: Da bei der additi­ven Ferti­gung Materi­al­schich­ten überein­an­der gelegt werden, kann es zu Rauheit und Unregel­mä­ßig­kei­ten an der Oberflä­che kommen.
  2. Toleran­zen: Die tatsäch­li­chen Abmes­sun­gen des gedruck­ten Objek­tes können von den ursprüng­li­chen Berech­nun­gen abwei­chen und die Passge­nau­ig­keit des Gewin­des beeinflussen.
  3. Materi­al­schwin­dung: Durch Schwin­dungs­ef­fek­te beim Abküh­len des 3D-Druck­­ma­­te­ri­als kann die Genau­ig­keit des Gewin­des beein­träch­tigt werden, z.B. indem das Endpro­dukt kleiner ist als in der CAD-Datei.
  4. Materi­al­wahl: Einige Materia­li­en sind besser zur Erstel­lung von genau­en Gewin­den geeig­net als andere.

Weiter­hin ist oft eine zusätz­li­che Nachbe­ar­bei­tung notwen­dig, um die benötig­te Präzi­si­on zu erreichen.

Es kann also sein, dass man ein mit 3D-Druck herge­stell­tes Gewin­de anschlie­ßend schnei­den oder schlei­fen muss, weil es nicht passt.

Dass ein Gewin­de direkt “in” ein Objekt gedruckt werden kann und die damit verbun­de­ne Zeiter­spar­nis ist eher die Ausnah­me, denn die Regel.

Komplexe Aufgaben - Innovative Lösungen.
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Richt­wer­te für den 3D-Druck von Gewinden

Wer dennoch mit 3D-Druck Gewin­de herstel­len möchte, sollte unbedingt beach­ten, dass sich die Abwei­chungs­to­le­ranz je nach Verfah­ren unterscheidet.

Im Durch­schnitt beträgt die Abwei­chungs­to­le­ranz ungefähr ±0,1 mm.

Weite­re Einfluss­fak­to­ren sind thermi­scher Verzug, Form, Kontur und Geometrie.

In der DIN 13–1 Norm sind die Maße eines metri­schen ISO Regel­ge­win­des festgelegt.

Metri­sches ISO-Regel­­ge­­win­­de DIN 13–1 ab M3

Außen­durch­mes­ser (mm)Gewin­de­stei­gung (mm)Kernloch­durch­mes­ser (mm)
M 3,00,502,46
M 3,50,602,85
M 4,00,703,24
M 4,50,753,69
M 5,00,804,13
M 6,01,004,92
M 7,01,005,92
M 8,01,256,65
M 9,01,257,65
M 10,01,508,38
M 11,01,509,38
M 12,01,7510,11
M 14,02,0011,84
M 16,02,0013,84
M 18,02,5015,29

Ensat®-Einsätze als Alter­na­ti­ve zu 3D-Druck Gewinden

Die Verwen­dung von Ensat®-Gewindeteilen bietet sich für alle Anwen­dun­gen im 3D-Druck an.

Es handelt sich um selbst­schnei­den­de Gewin­de­ein­sät­ze mit Innen- und Außen­ge­win­de, Schneid­boh­run­gen oder Schneidschlitzen.

Video über den Einsatz von Ensat®-Einsätzen folgt.

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Ensat®-Einsätze werden nachträg­lich ins finale Werkstück eingedreht.

Das entspre­chen­de Kernloch kann gebohrt oder vor dem 3D-Druck entwor­fen werden.

Die resul­tie­ren­de Verbin­dung hat eine höhere Tragfä­hig­keit, da der Metall­ein­satz die auftre­ten­den Schraub­kräf­te gleich­mä­ßi­ger verteilt.

„Um ein Gewin­de in einem Bauteil darzu­stel­len, empfeh­len wir das Kernloch der Bohrung zu drucken und einen Ensat®-Einsatz zu verwenden.”
Tim FunkTim Micha­el Funk, Geschäfts­füh­ren­der Gesell­schaf­ter FUNK MASCHINENBAU GmbH & Co. KG

3D-Druck Gewin­de in der Praxis — Fazit

Auch wenn der 3D-Druck von Gewin­den unter Beach­tung der bereits aufge­zähl­ten Fakto­ren durch­aus möglich ist, werden in der Praxis meistens andere Lösun­gen verwendet.

Neben der fehlen­den Präzi­si­on sind folgen­de Gründe dafür maßgeblich:

  1. Mecha­ni­sche Eigen­schaf­ten: Mit 3D-Druck erstell­te Gewin­de können in Bezug auf Festig­keit und Verschleiß Einschrän­kun­gen haben, was sie für viele Anwen­dun­gen weniger geeig­net macht.
  2. Begrenz­te Materi­al­aus­wahl: Da nicht alle Materia­li­en zur Herstel­lung von Gewin­den geeig­net sind, ist es nicht immer möglich, die beste Lösung zu finden.
  3. Zeitauf­wand: Die herkömm­li­che Ferti­gung von Gewin­den ist oft schnel­ler und effizi­en­ter als 3D-Druck basier­te Äquivalente.
  4. Aniso­tro­pie: Objek­te aus dem 3D-Drucker haben manch­mal unter­schied­li­che Stärken in verschie­de­nen Richtun­gen, was ein Gewin­de unzuver­läs­sig machen kann.
3D-Druck neu gedacht - Sondermaschinenbau von FUNK
3D-Druck neu gedacht - Sondermaschinenbau von FUNK

Autor: Tim Funk

Tim Funk
Autor: Tim Funk
Tim Funk ist der geschäfts­füh­ren­de Gesell­schaf­ter von FUNK MASCHINENBAU — einem mittel­stän­di­schen Famili­en­un­ter­neh­men aus Sonnen­bühl im Herzen der Schwä­bi­schen Alb ca. 15 km südlich von Reutlin­gen. Mehr über den Autor