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Konstruktionsrichtlinien für Metall-3D-Druck
Konstruktionsrichtlinien für den Metall-3D-Druck entscheiden, ob ein Bauteil prozesssicher und wirtschaftlich gefertigt werden kann. Erfahren Sie hier unter anderem mehr über:
- Wandstärken, Bohrungen und Kanäle
- Überhänge,
- Toleranzen,
- Gewinde,
- die richtige Baurichtung
- u.v.m.
- Eigene SLM-Fertigung
- Individuelle Beratung
- Alles aus einer Hand
- Zertifizierte Prozesse
Konstruktionswerte im Überblick
Für alle Metallwerkstoffe gilt dieselbe Mindestwandstärke von 1,0 mm, derselbe Mindestdurchmesser von 2,0 mm für Bohrungen und Kanäle und dieselbe Allgemeintoleranz von ±0,3 mm bis 100 mm Bauteilgröße beziehungsweise ±0,3 Prozent darüber. Was im Einzelfall darüber hinaus möglich ist, hängt von Geometrie, Bauteilgröße, Bauteilorientierung und Nachbearbeitung ab.
| Konstruktionsmerkmal | Richtwert | Hinweis |
|---|---|---|
| Mindestwandstärke | 1,0 mm | 0,5–1,0 mm auf Kundenrisiko, unter 0,5 mm nicht zuverlässig darstellbar |
| Freistehende Stifte | ab 2,0 mm Ø | Freistehende Stege und Lamellen benötigen mehr Materialstärke |
| Bohrungen und Kanäle | ab 2,0 mm Ø | Kleinere Durchmesser durch mechanische Nacharbeit |
| Öffnung zur Pulverentfernung | ab 3,0 mm | Bei verzweigten oder langen Kanälen entsprechend größer |
| Mindestabstand Wände und Stege | 1,0 mm | Geringere Abstände verschmelzen oder brechen |
| Überhänge ohne Stützstruktur | ab 45 Grad zur Bauplatte | Flachere Flächen benötigen Stützstrukturen |
| Gravuren und Schriftzüge | 1 mm Strichbreite, 1 mm Tiefe, 5 mm Schrifthöhe | Gilt für Standardschriftarten |
| Allgemeintoleranz as-built | bis 100 mm ±0,3 mm, darüber ±0,3 % | Engere Toleranzen durch CNC-Nachbearbeitung, technische Zeichnung erforderlich |
| Materialzugabe für Nacharbeit | ca. 1,0 mm | An Passungen, Gewindebereichen, Lager- und Dichtsitzen |
| Gewinde | nicht gedruckt | Kernloch und Freistich nach DIN 13-1 und DIN 76-1 konstruieren |
Die Werte sind Konstruktionsrichtwerte für prozesssichere Bauteile. Für verbindliche Angaben zu Ihrem Bauteil sprechen Sie das Metalldruck-Team von Rapidobject an.
Wichtige Konstruktionswerte im Detail
Die folgenden Richtwerte gelten einheitlich für alle Metallwerkstoffe, die Rapidobject im SLM-Verfahren verarbeitet. Sie sind Konstruktionswerte für prozesssichere Bauteile, keine Maschinen-Grenzwerte.
1,0 mm
Mindestwandstärke
0,5–1,0 mm auf Kundenrisiko, darunter nicht zuverlässig darstellbar. Freistehende Stege und Lamellen und Stifte benötigen mehr Materialstärke.
2,0 mm
Bohrungen und Kanäle
Kleinere Durchmesser durch mechanische Nacharbeit. Kleinere Durchmesser entstehen durch anschließende mechanische Nacharbeit.
3,0 mm
Öffnung zur Pulverentfernung
Für die zuverlässige Entfernung des unverschmolzenen Pulvers sollten Öffnungen mindestens 3,0 mm groß sein, bei langen oder verzweigten Kanälen entsprechend mehr.
1,0 mm
Materialzugabe
Flächen, die nach dem Druck spanend bearbeitet werden, brauchen bereits im CAD-Modell ein Aufmaß von etwa 1,0 mm. Das betrifft insbesondere Passbohrungen, Gewindebereiche, Lager- und Dichtsitze.
45°
Grenze für Überhänge
Flachere Flächen benötigen Stützstrukturen. Diese stabilisieren das Bauteil während des Bauprozesses und leiten Prozesswärme ab. Stützstrukturen müssen nach der Fertigung entfernt werden
±0,3 mm
Allgemeintoleranz
Bis 100 mm Bauteilgröße, darüber ±0,3 Prozent. Engere Toleranzen, definierte Passungen sowie Dicht- und Lagersitze entstehen durch gezielte mechanische Nacharbeit, zum Beispiel CNC-Fräsen, Reiben oder Drehen.
Detailliertere Informationen zu allen Richtlinien finden Sie hier zum Download:
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Vom Modell zum fertigen Metallbauteil
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Modell als STEP, STL oder 3MF hochladen. Rapidobject ist nach ISO/IEC 27001 zertifiziert, die Übertragung ist verschlüsselt.
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Das Metalldruck-Team prüft Bauteilorientierung, kritische Geometrien und Nachbearbeitung vor der Fertigung.
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Fertigung, Nachbearbeitung und Versand übernimmt Rapidobject aus einer Hand.
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Profitieren Sie von unserer Expertise im Metall-3D-Druck. Senden Sie uns Ihre Fragen oder Ihre Daten. Wir beraten und unterstützen Sie – von der Idee bis zum fertigen Bauteil.
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Weitere Konstruktionsregeln für den Metall-3D-Druck
Gleichmäßige Wandstärken und Querschnittsübergänge
Wandstärken sollten möglichst gleichmäßig über das Bauteil verlaufen. Stufenartige Volumensprünge erzeugen beim schichtweisen Aufschmelzen lokale Eigenspannungen und führen zu Verzug, Streifenbildung oder Oberflächendefekten. Übergänge mit großzügigen Radien statt scharfer Kanten reduzieren zusätzlich die Kerbwirkung und erhöhen die Dauerfestigkeit des Bauteils.
Hohlräume und Pulverentfernung
Geschlossene, nicht reinigbare Hohlräume sind bei Metallbauteilen aus dem SLM-Verfahren nicht zulässig. Sie enthalten nach dem Druck unverschmolzenes Metallpulver, das sich nicht sicher entfernen lässt, und bergen bei Temperaturänderungen ein Explosions- oder Implosionsrisiko. Lässt sich ein Hohlraum konstruktiv nicht vermeiden, müssen zugängliche Öffnungen und möglichst große Entleerungsschächte vorgesehen werden.
Gewinde
Gewinde werden im SLM-Verfahren nicht mitgedruckt, sondern nachträglich geschnitten, gefräst oder gedreht. Im Bauteil müssen dafür das passende Kernloch und die notwendigen Freistiche nach Norm konstruiert sein, zum Beispiel nach DIN 13-1 für den Kerndurchmesser metrischer ISO-Gewinde und DIN 76-1 für den Freistich. Zusätzlich braucht das Bauteil eine sichere Einspannmöglichkeit und ausreichend Freiraum für die Werkzeugbewegung. Das Einbringen der Gewinde wird separat beauftragt.
Baurichtung und Anisotropie
Die Baurichtung wird beim SLM-Verfahren vor allem zur Sicherstellung der Druckbarkeit und Detailtreue gewählt. Da die Schichten vollständig miteinander verschmelzen, treten keine schichtbedingten Festigkeitsschwächen wie bei Kunststoffverfahren auf. Die Orientierung beeinflusst jedoch Oberflächenrauheit, Stützstrukturbedarf, Detaildarstellung und Nachbearbeitungsaufwand. Bei komplexen oder filigranen Bauteilen hilft ein Probedruck, die optimale Ausrichtung zu bestimmen.
Strukturoptimierung, Rippen und Topologieoptimierung
Dünne Wandbereiche und große Flächen lassen sich durch Rippen oder diagonale Streben verstärken, ohne zusätzliches Volumen im ganzen Bauteil. Innenliegende Gitterstrukturen erhöhen die Steifigkeit, dürfen aber keine unzugänglichen Hohlräume erzeugen. Für maximale Materialeffizienz eignet sich die Topologieoptimierung, ein FEM-basierter Prozess, der Material entsprechend Lastfall und Zielsetzung verteilt und Gewicht sowie Kosten gegenüber dem Ausgangsdesign deutlich senken kann.
Datenqualität und STL-Export
Für die Fertigung werden 3D-Daten als STEP, STL oder 3MF benötigt, bei Toleranz- und Funktionsangaben zusätzlich eine technische Zeichnung als PDF. Beim STL-Export sind das Ausgabeformat Binary, eine Abweichungstoleranz (Chordale) von 0,05 mm und eine Winkelabweichung von 2 Grad geeignete Einstellungen. Für die meisten Bauteile genügt eine Dateigröße unter 5 MB, bei sehr komplexen Geometrien, Gittern oder 3D-Scans unter 50 MB. Als Faustregel gilt: Sind bei 1:1-Ansicht am Bildschirm Facetten sichtbar, sind sie später auch am gedruckten Bauteil erkennbar.
Schriftzüge, Gravuren und feine Details
Schriftzüge, Logos und feine Details lassen sich im SLM-Verfahren direkt im Bauteil realisieren. Für eine klare Darstellung gilt eine Mindeststrichbreite von 1 mm, eine Mindesttiefe beziehungsweise Mindesthöhe von 1 mm und bei Standardschriftarten eine Buchstabenhöhe von mindestens 5 mm.
Wärmebehandlung und Verzug mitdenken
Der schichtweise Aufbau erzeugt Eigenspannungen im Bauteil. Lange, dünne oder großflächige Geometrien neigen deshalb zu Verzug. Eine Wärmebehandlung baut diese Spannungen ab und wird sinnvollerweise nach dem Entpulvern und vor dem Abtrennen von Bauplatte und Stützstrukturen durchgeführt.
Der komplette Konstruktionsleitfaden für den SLM-Metalldruck
Alle Regeln dieser Seite ausführlich erklärt, mit Bemaßungsskizzen, Konstruktionsbeispielen und den empfohlenen Exportparametern für STL-Daten. Kostenlos als PDF.
Unterlagen zu Toleranzen, Daten und Bauräumen
unsere metalle
Werkstoffe für den Metall-3D-Druck
Produktabbildungen KI-generiert.
Leichtbau mit guter Wärmeleitung
Aluminium AlSi10Mg
Wirtschaftlicher Werkstoff für Prototypen, Kleinserien und auch für Bauteile mit moderater Belastung.
Höchste Festigkeit, leicht
Titan Ti6Al4V
Leichter Hochleistungswerkstoff für feste, korrosionsbeständige und zudem für thermisch belastbare Bauteile.
Robust und korrosionsbeständig
Edelstahl 1.4404
Korrosionsbeständiger Werkstoff für robuste Funktionsbauteile mit guter mechanischer Nachbearbeitbarkeit.
Härtbar für Werkzeug-/Formenbau
Werkzeugstahl 1.2709
Hochfester Werkstoff für verschleißfeste Bauteile,
Für hohe Betriebstemperaturen
Inconel 718
Nickelbasislegierung für Hochtemperaturanwendungen.
Verschleißfest und polierbar
Bronze CuSn10
Gute Gleiteigenschaften für Lager-, Armaturen- und Designbauteile.
Wärme und Strom leiten
Kupfer
Für Wärmeübertragung, Induktoren und komplexe Kühlstrukturen.
ihr ansprechpartner
Noch in der Konstruktionsphase?
Senden Sie Ihr 3D-Modell und die wichtigsten Anforderungen an das Bauteil. Rapidobject prüft Bauteilorientierung, kritische Geometrien, notwendige Nachbearbeitung und mögliche Kostenoptimierungen vor der Fertigung.
- Konstruktionsprüfung vor der Fertigung
- Empfehlung zu Werkstoff und Bauteilorientierung
- Hinweise zu Toleranzen und Nachbearbeitung
- Angebot für Prototyp, Kleinserie oder Ersatzteil
Markus Prokscha
Experte für SLM
Metall-3D-Druck bei Rapidobject
+49 341 231 837 32
metall@rapidobject.com
FAQ
Häufige Fragen zu Konstruktionsrichtlinien im Metall-3D-Druck
Antworten zu Wandstärken, Toleranzen, Gewinden, Überhängen und Datenformaten – kompakt und aus der Fertigungspraxis.
Welche Mindestwandstärke ist beim SLM-Metalldruck möglich?
Rapidobject setzt für den SLM-Metalldruck werkstoffübergreifend eine Mindestwandstärke von 1,0 mm an. Wandstärken zwischen 0,5 mm und 1,0 mm sind auf Kundenrisiko möglich, Geometrien unter 0,5 mm lassen sich nicht zuverlässig darstellen. Der Wert gilt gleichermaßen für Aluminium AlSi10Mg, Titan Ti6Al4V, Edelstahl 1.4404, Werkzeugstahl 1.2709, Inconel 718, Bronze CuSn10 und Kupfer.
Gelten die Konstruktionsrichtlinien für alle Metallwerkstoffe gleich?
Ja. Die Konstruktionsrichtlinien für den SLM-Metalldruck gelten bei Rapidobject einheitlich für alle Metallwerkstoffe. Werkstoffabhängig unterscheidet sich die Prozesskette nach dem Druck: Bei Titan Ti6Al4V ist eine Wärmebehandlung fester Bestandteil der Fertigung, bei den übrigen Werkstoffen richtet sie sich nach Bauteil und Anwendung.
Wie groß müssen Bohrungen und Kanäle beim Metall-3D-Druck mindestens sein?
Bohrungen und Kanäle sind im SLM-Verfahren ab 2,0 mm Durchmesser prozesssicher darstellbar. Kleinere Durchmesser müssen eventuell nachbearbeitet werden. Öffnungen zur Pulverentfernung sollten mindestens 3,0 mm groß sein, bei verzweigten Kanälen entsprechend größer.
Ab welchem Winkel brauchen Überhänge Stützstrukturen?
Flächen, die flacher als etwa 45 Grad zur Bauplatte liegen, benötigen im SLM-Metalldruck Stützstrukturen. Diese leiten Prozesswärme ab und stabilisieren das Bauteil, müssen aber nach dem Druck entfernt und die Ansätze verschliffen werden.
Welche Toleranzen sind beim Metall-3D-Druck realistisch?
Die Allgemeintoleranz im SLM-Verfahren beträgt bei Rapidobject bis 100 mm Nennmaß ±0,3 mm und darüber ±0,3 Prozent. Engere Maße erreicht Rapidobject durch gezielte CNC-Nachbearbeitung der betreffenden Funktionsflächen. Dafür ist eine technische Zeichnung mit den geforderten Maßen erforderlich.
Gilt DIN ISO 2768 für 3D-gedruckte Metallbauteile?
DIN ISO 2768 beschreibt Allgemeintoleranzen für spanend bearbeitete und umgeformte Werkstücke und gibt die Prozessfähigkeit additiver Verfahren nicht automatisch wieder.
Bis 100 mm Nennmaß betragen die Fertigungstoleranzen von Rapidobject ±0,3 mm und ab 100 mm Nennmaß ±0,3 Prozent. DIN ISO 2768 mK wird also nicht gänzlich eingehalten. Sollte es erforderlich sein, kann dies über eine mechanische Nacharbeit erzielt werden. Hierfür benötigen wir eine technische Zeichnung.
Können Gewinde im Metall-3D-Druck direkt gedruckt werden?
Nein. Gewinde werden im SLM-Verfahren nicht mitgedruckt, sondern nachträglich geschnitten, gefräst oder gedreht. Im Bauteil müssen das passende Kernloch und die Freistiche nach Norm konstruiert sein, zum Beispiel nach DIN 13-1 und DIN 76-1. Das Einbringen der Gewinde wird separat beauftragt.
Beeinflusst die Baurichtung die Festigkeit eines SLM-Bauteils?
Beim SLM-Verfahren verschmelzen die Schichten vollständig, schichtbedingte Festigkeitsschwächen treten daher eher nicht auf. Die Baurichtung beeinflusst jedoch Oberflächenrauheit, Stützstrukturbedarf, Detailtreue und den Nachbearbeitungsaufwand.
Wie vermeide ich Verzug bei Metallbauteilen aus dem 3D-Druck?
Verzug entsteht durch Eigenspannungen beim schichtweisen Aufschmelzen. Gleichmäßige Wandstärken, großzügige Radien statt scharfer Kanten, vermiedene Volumensprünge und eine geeignete Bauteilorientierung reduzieren ihn konstruktiv. Ergänzend baut eine Wärmebehandlung vor dem Abtrennen von Bauplatte und Stützstrukturen die Spannungen ab.
Warum sind geschlossene Hohlräume beim Metall-3D-Druck nicht zulässig?
Geschlossene Hohlräume enthalten nach dem Druck unverschmolzenes Metallpulver, das sich nicht sicher entfernen lässt. Metallpulver ist gesundheitsschädlich, bei reaktiven Werkstoffen wie Aluminium und Titan zusätzlich leicht entzündlich. Außerdem besteht bei Temperaturänderungen ein Explosions- oder Implosionsrisiko. Nicht vermeidbare Hohlräume brauchen zugängliche Öffnungen und Entleerungsschächte.
Wie viel Aufmaß muss für die CNC-Nachbearbeitung eingeplant werden?
An Flächen, die nach dem Druck spanend bearbeitet werden, sollte im CAD-Modell ein Aufmaß von etwa 1,0 mm vorgesehen sein. Das gilt insbesondere für Passbohrungen, Gewindebereiche, Lager- und Dichtsitze sowie Planflächen und sollte in der technischen Zeichnung gekennzeichnet werden.
Welche Dateiformate benötigt Rapidobject für den Metall-3D-Druck?
Rapidobject verarbeitet 3D-Modelle als STEP, STL oder 3MF. Bei Passungen, Gewinden, Dichtflächen sowie geometrischen und maßlichen Toleranzen ist zusätzlich eine technische Zeichnung als PDF erforderlich. Für den STL-Export sind „Binary“, eine Chordale von 0,05 mm und eine Winkelabweichung von 2 Grad geeignete Einstellungen.
Wann lohnt sich Metall-3D-Druck gegenüber Guss oder CNC-Bearbeitung?
Metall-3D-Druck ist wirtschaftlich, wenn kein Werkzeug und keine Mindestmenge erforderlich sein sollen, wenn Geometrien innenliegende Kanäle, Gitterstrukturen oder topologieoptimierte Formen enthalten, wenn Prototypen und Kleinserien schnell verfügbar sein müssen oder wenn Ersatzteile ohne vorhandene Zeichnung nachgefertigt werden. Bei einfachen Geometrien in großen Stückzahlen bleiben Guss und Zerspanung im Vorteil.