Das kennen wir alle. Man verbringt Stunden damit, zwei Teile am Computer zu konstruieren und achtet darauf, dass sie die gleichen Maße haben. Man sendet sie an den 3D-Drucker, wartet gespannt, und wenn man sie endlich zusammensetzen will … passen sie nicht. Der Stift ist zu groß, das Loch zu klein, und der Deckel lässt sich nicht richtig schließen. Das ist das häufigste Problem beim 3D-Druck von Gebrauchsgegenständen und führt immer wieder zur gleichen Frage: „Wie viel Platz sollte ich zwischen den Teilen lassen?“
Es gibt zwar keine allgemeingültige Lösung für jedes Projekt, aber eine Schritt-für-Schritt-Methode. Dieser Leitfaden erklärt Ihnen die Grundregeln, gibt Ihnen gute Ausgangspunkte und zeigt Ihnen, wie Sie auch 2025 den perfekten Abstand für jedes Projekt und jeden Drucker finden. Schluss mit dem Rätselraten – wir stellen Ihnen die Werkzeuge für perfekte Ergebnisse zur Verfügung.
Kurzantwort: Ausgangspunkte
Für alle, die es eilig haben, hier die allgemeinen Regeln. Betrachten Sie diese als Ausgangswerte für einen optimal eingestellten 3D-Drucker. Wir erklären Ihnen, warum sich diese Werte ändern und wie Sie sie verbessern können, aber mit diesen Werten kommen Sie für Ihre ersten Entwürfe schon recht nah an die Zielwerte heran.
| Passformtyp | Wofür es verwendet wird | Startabstand |
|---|---|---|
| Lockere Passform | Leicht abnehmbare Deckel, einfache Behälter | 0,4 mm – 0,7 mm |
| Enge/Gleitpassung | Teile, die ineinander gleiten, leichtgängige Schienen | 0,2 mm – 0,4 mm |
| Presspassung/Fester Sitz | Befestigungsstifte, Lager, dauerhafte Montage | 0,0 mm bis -0,2 mm |
Wichtiger Hinweis: Dies sind lediglich Ausgangspunkte. Der optimale Abstand für Ihr Projekt hängt von Ihrem Drucker, dem Material, den Einstellungen und der Form des Bauteils ab. Im weiteren Verlauf dieser Anleitung erfahren Sie, wie Sie diese Faktoren optimal nutzen. Ein negativer Spalt, wie er bei einer Presspassung vorkommt, bedeutet, dass die Öffnung kleiner als das zu fixierende Objekt ist. Die Verbindung entsteht durch die Biegung des Materials und ist somit fest und sicher.
Grundlegende Ideen verstehen
Um die Abstände zu kontrollieren, müssen wir zunächst unsere Begriffe klar definieren. Diese Konzepte bilden die Grundlage für die Konstruktion passgenauer Teile.
Zunächst müssen wir den Unterschied zwischen Toleranz und Spiel verstehen.
Die Toleranz bezeichnet den zulässigen Bereich von Größenabweichungen, die beim 3D-Druck naturgemäß auftreten. Sie ist ein Maß für die Genauigkeit Ihres Druckers. Wenn Sie einen Würfel mit einer Kantenlänge von 20 mm entwerfen, kann Ihr Drucker beispielsweise einen Würfel mit einer Kantenlänge von 20,1 mm oder 19,9 mm erzeugen. Diese Abweichung von +/- 0,1 mm ist die zulässige Toleranz.
Der Freiraum ist der von Ihnen bewusst gestaltete Abstand oder Spalt zwischen zwei zusammenpassenden Teilen. Diesen können Sie als Konstrukteur in Ihrer Konstruktionssoftware aktiv steuern, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Die Passung ist das Endergebnis beim Zusammenfügen der Teile und wird durch das von Ihnen festgelegte Spiel bestimmt. Ein großes Spiel führt zu einer lockeren Passung, während ein kleines oder negatives Spiel eine Presspassung ergibt.
Warum werden Bauteile nicht mit den exakten Maßen des Designs gedruckt? Der physikalische Prozess des 3D-Drucks führt zu Abweichungen. Beim Erhitzen und Abkühlen kann Kunststoff schrumpfen oder sich verformen. Das Zeichnen einer Form mit einer runden Düse und das anschließende Schichten der einzelnen Schichten erzeugen winzige Ungenauigkeiten. Das digitale Modell ist perfekt; das gedruckte Bauteil ist eine physische Kopie. Unsere Aufgabe ist es, diese physikalischen Gegebenheiten bei der Konstruktion zu berücksichtigen.
Schlüsselfaktoren für die Abstandsgestaltung
Der ideale Spielraum ist nicht fix. Er ist eine variable Größe, die von mehreren wichtigen Faktoren beeinflusst wird. Das Verständnis dieser Faktoren ist der Schlüssel zur Vorhersage und Kontrolle der Passgenauigkeit Ihrer Teile.
Drucktechnologie ist wichtig
Die eingesetzte Technologie ist der größte Faktor, der den erforderlichen Abstand beeinflusst.
FDM-Drucker (Fused Deposition Modeling) benötigen im Allgemeinen den größten Abstand zwischen den Düsen, typischerweise zwischen 0,2 mm und 0,5 mm, um einen festen Sitz zu gewährleisten. Dies liegt an der relativ großen Düsengröße, dem Erhitzen und Abkühlen des Kunststoffs sowie an kleinen Unregelmäßigkeiten beim Materialauftrag.
SLA- (Stereolithografie), DLP- und MSLA-Drucker bieten eine deutlich höhere Genauigkeit. Da sie das Harz Schicht für Schicht mit Licht aushärten, sind die Strukturen kleiner und präziser. Die Schichtabstände sind bei diesen Technologien wesentlich geringer und liegen oft im Bereich von 0,05 mm bis 0,2 mm.
SLS (Selektives Lasersintern) bietet ebenfalls eine hohe Genauigkeit, die oft mit SLA vergleichbar ist. Die Teile werden aus einem Pulverbett gefertigt, das das Modell stützt und Verformungen durch Hitze reduziert. Der typische Abstand liegt im Bereich von 0,1 mm bis 0,3 mm, wobei die leicht raue Oberflächenbeschaffenheit bei Gleitteilen berücksichtigt werden muss.
Druckereinrichtung ist entscheidend
Ein schlecht eingerichteter Drucker ist der größte Feind beengter Platzverhältnisse. Ein nicht kalibriertes Gerät ist unberechenbar. Bevor Sie überhaupt an die Anpassung von Abständen denken, müssen Sie sicherstellen, dass Ihr Drucker mechanisch und elektronisch einwandfrei funktioniert.
Zu den wichtigsten Einrichtungsschritten gehören die Überprüfung der E-Steps (um sicherzustellen, dass der Extruder die korrekte Kunststoffmenge fördert), die Anpassung der Durchflussrate (um unterschiedliche Kunststoffeigenschaften auszugleichen), die Sicherstellung der korrekten Riemenspannung (um Spiel und Vibrationen zu vermeiden) und die Gewährleistung eines perfekt ebenen Druckbetts. Eine optimal eingestellte Maschine liefert vorhersehbare und reproduzierbare Ergebnisse, wodurch die Anpassung der Abstände sinnvoll wird.
Einfluss der Materialeigenschaften
Unterschiedliche Materialien verhalten sich unterschiedlich, was sich direkt auf die endgültige Größe Ihres Drucks auswirkt.
Die Schrumpfung ist ein entscheidender Faktor. Materialien wie ABS und Nylon schrumpfen beim Abkühlen deutlich stärker als PLA oder PETG. Ein in ABS gedrucktes Teil ist kleiner als das gleiche Teil in PLA, weshalb die Toleranzwerte entsprechend angepasst werden müssen.
Die Kunststoffqualität spielt ebenfalls eine entscheidende Rolle. Ein ungleichmäßiger Kunststoffdurchmesser ist ein häufiges Problem für die Genauigkeit. Wenn der Durchmesser Ihres Kunststoffs beispielsweise zwischen 1,70 mm und 1,80 mm schwankt, kann der Extruder Ihres Druckers keine gleichmäßige Materialmenge abgeben, und die Abmessungen Ihrer Bauteile verändern sich unvorhersehbar.
Schließlich können sich selbst verschiedene Farben desselben Materialtyps und derselben Marke unterschiedlich verhalten. Die zur Farbgebung verwendeten Additive können den Schmelzpunkt, die Fließeigenschaften und die Schrumpfungsrate des Materials verändern. Ein Teil, das in schwarzem PLA perfekt passt, kann in weißem PLA zu eng sein.
Wichtige Einstellungen für den Slicer
Ihre Slicer-Software ist der Ort, an dem Sie das digitale Modell in Maschinenanweisungen übersetzen, und mehrere Einstellungen wirken sich direkt auf den Abstand aus.
Die Schichthöhe beeinflusst die vertikale Genauigkeit. Dünnere Schichten führen zwar oft zu einer besseren Detailgenauigkeit, können aber auch die Präzision gekrümmter oder geneigter Oberflächen entlang der Z-Achse verbessern.
Die Druckgeschwindigkeit kann die Genauigkeit beeinträchtigen. Zu schnelles Drucken kann Vibrationen und Ausbeulungen an den Ecken verursachen, was die Genauigkeit mindert. Langsamere, kontrolliertere Bewegungen führen in der Regel zu Bauteilen, die den gewünschten Abmessungen näherkommen.
Die Materialflussrate bzw. der Extrusionsmultiplikator ist eine entscheidende Einstellung. Zu hohe Extrusion vergrößert alle Konturen des Bauteils, wodurch sowohl die Außenmaße als auch die Innenbohrungen zu klein werden. Zu niedrige Extrusion hat den gegenteiligen Effekt. Diese Einstellung muss für jedes Material individuell kalibriert werden.
Die horizontale Locherweiterung ist eine spezielle Slicer-Funktion, die ein häufiges Problem behebt: kleine Löcher, die beim Drucken zu klein ausfallen. Dies geschieht, weil der Slicer eine Kurve durch eine Reihe gerader Liniensegmente approximiert und der Kunststoffpfad dazu neigt, sich nach innen zu verformen, wodurch der Lochdurchmesser kleiner wird. Mit dieser Einstellung können Sie dies um einen bestimmten Wert kompensieren und alle Löcher in der X/Y-Ebene vergrößern.
Teileform und -ausrichtung
Die Art und Weise, wie Sie Ihr Bauteil entwerfen und auf der Bauplattform ausrichten, hat einen erheblichen Einfluss auf dessen endgültige Genauigkeit.
3D-Drucke sind anisotrop, d. h., sie weisen in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Eigenschaften auf. Die höchste Genauigkeit wird fast immer in der X/Y-Ebene erreicht. Die Z-Achse unterliegt Schicht-zu-Schicht-Schwankungen und kann daher weniger präzise sein.
Die Druckausrichtung ist entscheidend für Details wie Bohrungen. Eine vertikal ausgerichtete Bohrung (deren Kreis in der X/Y-Ebene liegt) ist deutlich runder und präziser als eine horizontal ausgerichtete Bohrung (deren Kreis in der X/Z- oder Y/Z-Ebene liegt). Horizontal gedruckte Bohrungen bestehen aus übereinanderliegenden Stegen und Überhängen, wodurch eine leicht abgeflachte oder polygonale Form entsteht.
Eine praktische Methode
Nun gehen wir von der Theorie zu einem wiederholbaren, praktischen Arbeitsablauf über, um den perfekten Abstand für Ihre Projekte zu finden und anzuwenden.
Schritt 1: Kalibrieren und Testen
Stellen Sie zunächst sicher, dass Ihr Gerät wie zuvor beschrieben kalibriert ist. Sobald sich Ihr Drucker in einem bekannten und zuverlässigen Zustand befindet, testen Sie seine Leistung mit dem von Ihnen gewählten Material und den gewählten Einstellungen. Am besten verwenden Sie hierfür einen speziellen Toleranztest.
Ein Toleranztest ist ein kleines, schnell druckbares Modell, das speziell zur Messung von Spielräumen entwickelt wurde. Eine gängige Ausführung besteht aus einer Reihe von Stiften und Löchern (oder Schlitzen) mit zunehmend kleineren Abständen. Beispielsweise könnte ein Test einen 10 mm langen Stift und eine Reihe von Löchern mit Durchmessern von 10,7 mm, 10,6 mm, 10,5 mm usw. enthalten.
Auf Plattformen wie Printables finden Sie viele hervorragende Toleranzprüfmodelle. Ein einfaches und effektives Beispiel ist diese Art von Spiellehre: https://www.printables.com/model/17395-clearance-gauge .
Drucken Sie diesen Test mit Ihren Standardeinstellungen für das gewünschte Material. Versuchen Sie anschließend, den Stift in die einzelnen Schlitze einzusetzen. Suchen Sie den Schlitz, in dem der Stift am engsten sitzt und dennoch die gewünschte Passung bietet (z. B. leichtgängig gleitet oder sich mit etwas Kraftaufwand entfernen lässt). Der dort markierte Spielwert ist Ihr Basiswert für das Spiel bei diesem Material, diesem Drucker und diesen Slicer-Einstellungen. Wenn der Stift beispielsweise genau in den 0,2-mm-Schlitz passt, wissen Sie nun, dass 0,2 mm Spiel ein guter Ausgangspunkt für passgenaue Teile sind.
Schritt 2: Wählen Sie Ihre Passform
Nachdem Sie den Basisabstand ermittelt haben, können Sie ihn nun intelligent, basierend auf der gewünschten Passform, anwenden. Sehen Sie sich die Passformtypen vom Anfang noch einmal an:
Bei einer lockeren Passform, wie beispielsweise einem einfachen Deckel für eine Schachtel, der sich leicht abnehmen lassen soll, beginnt man mit einem größeren Spielraum. Wenn Ihr Test eine enge Passform bei 0,2 mm ergeben hat, könnten Sie den Deckel mit einem Spielraum von 0,5 mm konstruieren, um sicherzustellen, dass er sich widerstandslos auf- und abnehmen lässt.
Für eine passgenaue Verbindung, beispielsweise zwei Gehäuseteile, die reibungslos und wackelfrei ineinander gleiten müssen, verwenden Sie den ermittelten Basiswert. Wenn Ihr Testteil bei 0,3 mm Spiel gut gleitete, verwenden Sie in Ihrer Konstruktion ein Spiel von 0,3 mm.
Bei einer Presspassung, bei der ein Lager oder ein Stift sicher befestigt werden soll, muss das Spiel deutlich reduziert werden. Betrug die bisherige Passung beispielsweise 0,2 mm, könnte man eine Konstruktion mit 0,0 mm Spiel (exakte Maße) oder sogar einem negativen Spiel von beispielsweise -0,05 mm in Betracht ziehen. Dadurch wird das Material der Bohrung leicht verbogen, wodurch das Werkstück fest umschlossen wird.
Schritt 3: Auslegung auf Toleranz
Hier zeigt sich die Stärke fortgeschrittener Anwender. Anstatt nur Zahlen anzupassen, können Sie Merkmale entwickeln, die Ihre Bauteile toleranter gegenüber Abweichungen bei den Abständen machen. Das ist prozessorientiertes Design.
Verwenden Sie Fasen und Verrundungen. Eine kleine 45-Grad-Fase an der Vorderkante eines Stifts und der Öffnung einer Bohrung dient als Führung. Sie erleichtert die Ausrichtung der beiden Teile und gleicht Unebenheiten wie einen „Elefantenfuß“ oder eine Verformung der ersten Schicht aus, die die Unterseite Ihres Drucks etwas breiter macht. Eine winzige Fase kann den entscheidenden Unterschied zwischen einem passgenauen und einem nicht passgenauen Teil ausmachen.
Flexible Konstruktionsmerkmale einbauen. Bei Press- und Schnappverbindungen sollte auf die Verwendung eines starren Stifts in einer starren Bohrung verzichtet werden. Dies ist eine unflexible Konstruktion. Stattdessen sollte Flexibilität berücksichtigt werden. Bei Schnappverbindungen empfiehlt sich beispielsweise ein flexibler Clip. Für ein Presspassungslagergehäuse kann ein kleiner Schlitz in der Gehäusewand vorgesehen werden. Dadurch kann sich das Gehäuse beim Einpressen des Lagers leicht öffnen, was einen sicheren Sitz ohne übermenschliche Präzision oder einen Hammer ermöglicht.
Nutzen Sie die Druckausrichtung mit Bedacht. Wie bereits erwähnt, sollten Sie kritische kreisförmige Bohrungen immer vertikal ausrichten, sodass deren Profil auf der X/Y-Bauebene liegt. Dadurch erzielen Sie die präziseste und rundeste Bohrung, die Ihr Drucker drucken kann. Benötigen Sie eine exakte Bohrung an der Seite eines Bauteils, empfiehlt es sich, dieses in zwei Teilen zu drucken und anschließend zusammenzubauen oder die Bohrung tropfenförmig zu gestalten, um die Oberseite zu stützen.
Beachten Sie die Regel der einseitigen Toleranz. Bei der Konstruktion eines Zapfens und einer Bohrung empfiehlt es sich, das gesamte Spiel nur auf eines der beiden Teile anzuwenden. Benötigen Sie beispielsweise 0,3 mm Spiel für eine M5-Schraube (mit 5 mm Durchmesser), sollte das Schraubenmodell exakt 5,0 mm und die Bohrung 5,3 mm groß sein. Dies vereinfacht die Fehlersuche und Konstruktionsänderungen erheblich. Ist die Passung zu locker, muss nur die Bohrung angepasst werden, nicht beide Teile.
Behebung häufiger Probleme
Selbst bei einem gut durchdachten Prozess können Probleme auftreten. Hier sind einige häufige Probleme und ihre Lösungen.
Problem: „Meine Teile sind immer zu eng und passen nicht.“
Lösung: Dies wird meist durch Überextrusion verursacht. Kalibrieren Sie zunächst den Materialfluss (Extrusionsmultiplikator). Möglicherweise weist Ihre erste Schicht auch einen ausgeprägten „Elefantenfuß“ auf. Die Verwendung einer Stützstruktur oder einer großzügigen Fase kann dies beheben. Ist die Kalibrierung korrekt, erhöhen Sie einfach den Abstandswert in Ihrer Konstruktionssoftware.
Problem: „Meine Teile sind zu locker und wackelig.“
Lösung: Dies deutet auf Unterextrusion hin. Kalibrieren Sie den Materialfluss, um sicherzustellen, dass Sie nicht mit zu wenig Material drucken. Prüfen Sie außerdem auf mechanische Probleme wie lockere Riemen, die zu Maßabweichungen führen und die Teile kleiner als gewünscht machen können. Wenn der Drucker mechanisch einwandfrei ist, verringern Sie den Abstand in Ihrer Konstruktionssoftware.
Problem: „Meine Löcher sind immer kleiner als ich sie geplant habe.“
Lösung: Dies ist ein normales und zu erwartendes Phänomen beim FDM-Druck. Am einfachsten lässt sich das Problem beheben, indem Sie die Einstellung „Horizontale Lochaufweitung“ Ihres Slicers verwenden. Beginnen Sie mit einem Wert wie 0,1 mm und drucken Sie einen kleinen Testdruck. Alternativ können Sie dies direkt in Ihrer Designsoftware kompensieren. Um ein Loch zu erhalten, das für eine M3-Schraube (3 mm Durchmesser) passt, müssen Sie das Loch möglicherweise mit 3,2 mm oder 3,3 mm Durchmesser konstruieren. Ihr Toleranztestdruck gibt Ihnen einen guten Anhaltspunkt dafür, wie viel größer Sie Ihre Löcher dimensionieren müssen.
Toleranz ist ein Prozess
Letztendlich gibt es keine allgemeingültige Toleranzangabe für den 3D-Druck. Sie ist variabel und hängt von der jeweiligen Maschine, dem Material und den Einstellungen ab. Wichtig ist, nicht nach einer magischen Zahl zu suchen, sondern ein zuverlässiges Verfahren anzuwenden.
Die Vorgehensweise ist wie folgt: Kalibrieren Sie Ihren Drucker gründlich. Testen Sie seine Leistung mit einer Toleranzlehre, um das Ausgangsspiel zu ermitteln. Konstruieren Sie Ihre Teile intelligent, indem Sie Merkmale wie Fasen verwenden und das Spiel entsprechend der gewünschten Passung anpassen. Wiederholen Sie den Vorgang gegebenenfalls.
Indem Sie die relevanten Faktoren verstehen und diesen systematischen Ansatz anwenden, gelangen Sie von Frustration zu Zuversicht. Sie können aufhören zu raten und anfangen, Teile zu konstruieren, die direkt nach dem Drucken perfekt zusammenpassen.