Wer ein Kunststoffbauteil additiv fertigt, denkt zunächst an das eigentliche Teil – selten an das, was es während des Bauprozesses überhaupt erst ermöglicht: die Stützstruktur. Sobald ein Bauteilquerschnitt in einer neuen Schicht keine ausreichende Auflagefläche in der darunterliegenden Schicht findet, drohen Verformungen, Kollaps oder Maßabweichungen. Stützstrukturen übernehmen in solchen Fällen die temporäre Halte- und Stützfunktion. Ihre Auslegung ist kein Nebenschauplatz, sondern ein integraler Bestandteil der Prozesskette – von der Konstruktion über die Slicing-Software bis zur Nachbearbeitung.
Nicht jedes additive Verfahren erfordert Stützstrukturen im gleichen Maß. Bei pulverbettbasierten Verfahren wie dem selektiven Lasersintern (SLS) oder dem Multi Jet Fusion (MJF) dient das umliegende, nicht verschmolzene Pulver als natürliche Stütze, sodass Überhänge bis zu einem gewissen Grad ohne zusätzliche Strukturen realisiert werden können. Bei schmelzbasierten Verfahren wie dem Fused Filament Fabrication (FFF/FDM) sowie beim Stereolithografieverfahren (SLA) und beim Digital Light Processing (DLP) sind Stützstrukturen hingegen in der Regel obligatorisch, sobald Überhangwinkel bestimmte Grenzwerte überschreiten.
Wann werden Stützstrukturen notwendig?
Die Notwendigkeit einer Stützstruktur ergibt sich aus dem sogenannten Überhangwinkel – dem Winkel, den eine Bauteilfläche gegenüber der Horizontalen bildet. Als Faustregel gilt beim FFF-Verfahren: Flächen mit einem Überhangwinkel von mehr als 45 Grad gegenüber der Vertikalen benötigen eine Stützstruktur, da die Schmelze sonst nicht ausreichend von der vorherigen Schicht gestützt wird und absackt. Dieser Grenzwert ist jedoch verfahrens- und materialabhängig. Hochtemperaturmaterialien wie PEEK oder PEI neigen bei größeren Überhängen stärker zum Durchhängen als Standard-PLA, da ihre thermomechanischen Eigenschaften im halbfesten Zustand unterschiedlich sind.
Neben dem Überhangwinkel spielen auch Brücken eine Rolle: Horizontale Verbindungen zwischen zwei Auflagepunkten, sogenannte Bridges, können bei kurzen Spannweiten ohne Stützstruktur gedruckt werden. Die maximal überbrückbare Distanz hängt vom Werkstoff, der Druckgeschwindigkeit, der Kühlung und der Schichtdicke ab. In der Praxis liegen belastbare Werte für Standard-Filamente oft zwischen 30 und 60 Millimetern, wobei mit zunehmender Brückenlänge die Durchhangneigung deutlich steigt.
Geometrien und Aufbaustrategien von Stützstrukturen
Stützstrukturen werden in modernen Slicing-Programmen in verschiedenen Geometrien generiert. Die gebräuchlichsten Typen sind lineare Strukturen (Lines), Gitterstrukturen (Grid), Waben (Honeycomb) sowie baumförmige Strukturen (Tree Supports). Jede Geometrie bietet spezifische Vor- und Nachteile hinsichtlich Materialverbrauch, Stabilitätsniveau und Entfernbarkeit.
