In der additiven Fertigung spielt die Masshaltigkeit eine entscheidende Rolle – insbesondere dann, wenn Bauteile präzise zusammenpassen oder bestimmte Funktionalitäten erfüllen müssen. Doch Toleranzen im 3D-Druck unterscheiden sich je nach verwendeter Technologie erheblich. In diesem Beitrag erklären wir, worauf Sie achten müssen, wie sich Harz-, Pulverbett- und Filamentdruck unterscheiden – und geben ein praxisnahes Fallbeispiel für die Konstruktion zweier Bauteile, die ineinanderpassen müssen.
Warum sind Toleranzen im 3D-Druck wichtig?
Toleranzen legen den akzeptablen Bereich von Massabweichungen eines Bauteils fest. In der konventionellen Fertigung sind sie fest definiert (z. B. nach ISO 2768). Im 3D-Druck jedoch wirken sich Faktoren wie Materialeigenschaften, Schrumpfung, Nachbearbeitung und die Auflösung der Drucktechnologie viel stärker auf die tatsächlichen Masse aus.
Ebenfalls wichtig zu wissen ist, dass im 3D-Druck die Toleranzen direkt in der 3D-Datei berücksichtigt werden müssen. Anders als in der konventionellen Fertigung werden für die Produktion keine Zeichnungen eingesetzt. Stattdessen wird mit der 3D-Datei an sich gearbeitet. Aus diesem Grund müssen auch die Toleranzen in der 3D-Datei umgesetzt sein.
Ein fundiertes Verständnis der Technologie- und Materialabhängigkeiten ist daher essenziell, um von Anfang an richtig zu konstruieren – und Nacharbeit sowie Ausschuss zu vermeiden. Bei Unsicherheit unterstützt die CHANGE3D GmbH bereits während der Konstruktion. Nehmen Sie mit uns Kontakt auf und stellen Sie bereits zu Beginn Ihres Projekts sicher, dass 3D-Druck gerecht konstruiert wird. Auch wenn genauere/engere Toleranzen als untenstehend verlangt sind ist dies möglich. Schildern Sie uns Ihre Anforderungen und wir finden eine Lösung.
Toleranzen je nach 3D-Drucktechnologie
Es handelt sich bei den untenstehenden Toleranzen um Faustregeln für zwei Bauteile, welche ineinanderpassen müssen. Selbstverständlich sind auch genauere Toleranzen möglich. Nehmen Sie dafür einfach mit uns Kontakt auf.
Toleranzen Harzbasierter 3D-Druck (SLA, DLP)
Typische Toleranzen: ±0.05 mm bis ±0.2 mm
Eigenschaften:
- Sehr hohe Auflösung und feine Details möglich
- Geringe Oberflächenrauheit
- Schrumpfung bei der Nachhärtung möglich
Besonderheiten:
Harzbasierte Verfahren erreichen die höchste Massgenauigkeit unter den gängigen 3D-Drucktechnologien. Kritisch ist jedoch die Nachhärtung – durch UV-Licht oder Wärme kann es zu minimalen Verzügen kommen. Für passgenaue Verbindungen sollte ein zusätzliches Spiel von mindestens +0.1 mm eingeplant werden.
Toleranzen Pulverbettverfahren (SLS, MJF)
Typische Toleranzen: ±0.2 mm bis ±0.5 mm
Eigenschaften:
- Keine Stützstrukturen notwendig
- Leichte Schrumpfung beim Abkühlen
- Oberflächen leicht rau
Besonderheiten:
Bei Pulverbettverfahren entsteht die Massabweichung hauptsächlich durch den thermischen Prozess: Schrumpfung beim Sintern und leichte Verzüge bei ungleichmässiger Abkühlung sind üblich. Bauteile sollten daher mit einem Spiel von mindestens +0.3 mm konstruiert werden, wenn sie zusammenpassen müssen.
Toleranzen Filamentbasierter 3D-Druck (FDM, FFF)
Typische Toleranzen: ±0.3 mm bis ±0.8 mm
Eigenschaften:
- Schichtweise Materialextrusion
- Stärkere Anisotropie (Materialverhalten in Druckrichtung unterschiedlich)
- Höhere Oberflächenrauheit
Besonderheiten:
FDM ist am empfindlichsten gegenüber Druckparametern wie Temperatur, Kühlung und Schichtdicke. Daher sollte für bewegliche oder passgenaue Verbindungen ein Spiel von mindestens +0.5 mm bis +0.8 mm berücksichtigt werden – abhängig von Bauteilgrösse und Geometrie.
Fallbeispiel: Konstruktion zweier passender Bauteile
Stellen wir uns vor, wir möchten zwei Kunststoffbauteile herstellen: eine Buchse und einen Bolzen, die ohne Verklemmen zusammengesteckt werden sollen.
Schritte bei der Konstruktion:
- Auswahl der Technologie:
Wir entscheiden uns für SLS-Druck (Pulverbettverfahren) aus PA12, da wir eine robuste, leicht flexible Verbindung wünschen. - Definition der Nennmasse:
- Innendurchmesser Buchse (Sollmass): 20 mm
- Aussendurchmesser Bolzen (Sollmass): 20 mm
- Anpassung der Toleranzen:
- Basierend auf dem Verfahren planen wir ein zusätzliches Spiel von +0.3 mm ein. Wichtig ist, dass diese Toleranzen direkt in die 3D-Datei konstruiert und nicht erst auf einer Zeichnung berücksichtig werden.
- Das bedeutet:
- Innendurchmesser der Buchse: 20.3 mm
- Aussendurchmesser des Bolzens: 20.0 mm
- Prüfen der Passung:
Das Spiel von 0.3 mm erlaubt einfaches Zusammenstecken ohne Kraftaufwand, bietet aber noch genügend Halt. - Nachbearbeitung berücksichtigen:
Falls geplant ist, die Oberflächen zu glätten (z. B. Strahlen oder chemisches Glätten), kann zusätzlich ein kleiner Materialabtrag einkalkuliert werden (ca. 0.05–0.1 mm).
Tipps für die Konstruktion masshaltiger 3D-Druckbauteile
- Technologiespezifisch konstruieren: Toleranzen auf das jeweilige Verfahren abstimmen.
- Testteile drucken: Vor Serienfertigung kleine Testkörper herstellen, um reale Abweichungen zu messen.
- Design für Nachbearbeitung: Nachbearbeitungsprozesse wie Schleifen oder Glätten frühzeitig einplanen.
- Materialschwund berücksichtigen: Besonders bei Harzen und Pulvern auf Schrumpfungswerte achten.
- CAD richtig nutzen: Freistellungen, Fasen und Radien können helfen, Passungen zu erleichtern.
Fazit
Im 3D-Druck gibt es keine „One-Size-Fits-All“-Toleranz. Masshaltigkeit hängt stark von der gewählten Technologie, dem Material und den Druckparametern ab. Wer Toleranzen frühzeitig konstruktiv berücksichtigt, spart sich aufwändige Nacharbeit und erhöht die Funktionalität seiner Bauteile erheblich. Folgend die allgemeinen Toleranzen (Faustregeln) für zwei ineinander passende Bauteile in einer Tabelle zusammengefasst:
| Technologie | Toleranz [mm] |
|---|---|
| Harzverfahren (SLA/DLP) | +/- 0.1 |
| Pulverbettverfahren (SLS/MJF) | +/- 0.3 |
| Extrusionsverfahren (FDM/FFF) | +/- 0.5 |
Sollten Sie beim Thema Toleranzen Unterstützung benötigen, stehen wir Ihnen jederzeit kompetent zur Seite. Nehmen Sie mit uns Kontakt auf und wir helfen Ihnen projektspezifisch die richtigen Toleranzen zu wählen. Wenn Ihnen dieser Beitrag bereits geholfen hat und Sie genau wissen, was Sie benötigen, dann bestellen Sie noch heute Ihre Teile in unserem Online Rechner:
