Nachbearbeitung bei Pulverdrucken
Die Nachbearbeitung von gedruckten Bauteilen die Pulver als Druckmaterial haben, ist im Vergleich zu Filament-und Resindruck in den meisten Fällen geringer. Einige arbeiten, wie das „entpulvern“ lassen sich mit der richtigen Technik automatisieren, wodurch Zeit und Arbeitskraft gespart werden kann.
Ein weiterer positiver Nebeneffekt sind die gleichbleibenden Ergebnisse bei den abgestrahlten Bauteilen.
Je nach Bauteil und angewendeten Druckverfahren kann dieser Arbeits-/Zeitaufwand variieren
In diesem Beitrag findest du die vier großen Bereiche die bei der Nachbearbeitung von 3d-gedruckten Bauteilen auf dich zukommen können.
- Aufbereitung der gedruckten Bauteile
- Qualitätsicherung
- Spannende Nachbearbeitung
- Veredelung
Anhand der drei Materialformen Filament, Pulver und Resin werde ich die notwendigen Nachbearbeitungsschritte detailiert aufzeigen.
Hier wirst du feststellen das der Arbeits-/Zeitaufwand sehr unterschiedlich ist, was man beim Kauf eines 3D-Druckers auch unbedingt mit berücksichtigen sollte.
Im Allgemeinen kann man den Aufwand der Nachbearbeitung durch ein 3D-Druck gerechtes Design auf ein Minimum reduzieren. Daher ist es wichtig sich mit den speziellen Eigenschaften der jeweiligen Materialien und den zu verwendeten Druckverfahren auseinanderzusetzen.
Was man genau bei der Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen aus Filament beachten muss, erfährst du hier.
Infobox:
Bitte nicht wundern, wenn noch nicht überall aussaggekräftige Bilder oder Videos vorhanden sind. Diese versuche ich in nächster Zeit nach und nach zu ergänzen.
Solltest du passende Bilder oder Videos haben, würde ich mich freuen, wenn du mir eine Nachricht über das Kontaktformular hinterlässt.
Vielen Dank für dein Verständnis.
1.Aufbereitung beim Pulverdruck
Der Aufwand für die Aufbereitung beim Pulverdruck ist relativ gering.
Die Bauteile können anders als beim Filamentdruck, frei in den Druckraum platziert werden, da das Pulverbett als Stützstruktur dient.
Hierbei ist zu beachten das die platzierten Teile einen gewissen Mindestabstand haben. Wenn dieser nicht eingehalten wird, können die Bauteil nicht gleichmäßig abkühlen.
(Info: Generell sollte man beim Aufbereiten der Pulverdruck eine Atemschutzmaske tragen. Das verhindert das die kleinen Pulverkörnchen(0,08mm-0,11mm) in die Atemwege kommen.)
Nach fertigstellen des Druckjobs müssen die Bauteile aus dem Druckraum entnommen werden. Dabei ist der ganz Druckraum voller Pulver, hier spricht man vom sogenannten Pulverkuchen.
(Info: Bei dieser Entnahme sollte man Handschuhe tragen, da das Pulver noch warm sein kann.)
Das anhaftende lose Pulver am Bauteil, was nicht verschmolzen oder verklebt worden ist, muss mit einem externen Strahlgerät abgestrahlt werden.
Als Strahlgut kommen oftmals Glasperlen zum Einsatz.
Bei diesem ganzen Prozess sollte man mit einer gewissen Sorgfalt herangehen, um das abbrechen von kleinen Details zu vermeiden.
Nicht genutztes Pulver aus dem Pulverkuchen kann danach recycelt werden. Dieses verliert bei den hohen Temperaturen an Qualität und deshalb muss es für nachfolgende Drucke mit frischem Material „aufgefrischt“ werden.
Die Auffrischrate liegt bei 70:30 oder 80:20. Also 70% Altpulver und 30% Neupulver. Durch die hohe Wiederverwendbarkeit des Pulvers, muss wenig entsorgt werden.
Von Haus aus weißen Druckteile die mittels Pulver gedruckt worden sind eine leicht raue Oberfläche auf. Mit der richtigen Nachbearbeitung können glatte Oberflächen erzeugt werden.
2.Qualitätssicherung bei Pulverdrucken
Bei der Qualitätssicherung sprechen wir vom Messen und Prüfen der gedruckten Bauteile.
Beim Pulverdruck sind die Toleranzen der Drucktechnologie und das Schrumpfverhalten der unterschiedlichen Kunststoffe in der Konstruktion mit zu berücksichtigen.
In der Regel spricht man von einem Toleranzbereich von 0,05-0,2mm, je nach Druckermodell und Material.
2.1.Wie erfolgt die Qualitätssicherung bei Pulverdrucken?
- Messschieber
- Bügelmessschraube
- Optisches Messgerät
- Prüflehren
Digitaler Messschieber
Hiermit können die Modelle auf Hundertstel genau vermessen werden. Präzision ist auch für das Messen des Filamentstranges wichtig, um die richtige Einstellung in der Drucksoftware zu wählen. Die korrekte Handhabung mit dem Messgerät hat hohe Priorität, da ansonsten die abgelesen Werte verfälscht werden können.
3.Spanende Nachbearbeitung
Durch das gleichmäßige Verkleben oder Verschmelzen der Pulverkörner, sind spanende Bearbeitungen, wie Fräsen, Drehen, Bohren, etc. sehr gut möglich.
Bei der Bearbeitung von Kunststoffen sollten man generell aber darauf achten nicht zu viel Material nachträglich abzutragen, da sich sonst das Bauteil verziehen kann.
Diese Aspekte müssen mitberücksichtigt werden:
3.1.Bauteil spannen
Bevor du dein Bauteil zerspannen kannst, musst du es erst einmal fixieren bzw. einspannen. Hier ist sollte man auf den gewählten Spanndruck achten.
Dieser muss so gewählt sein, dass sie sich das Bauteil nicht verdrückt, aber dennoch fest ist.
3.2.Wandstärke
Die verwendete Wandstärke einen großen Einfluss auf den Erfolg nachträglicher Zerspanung.
Gerade wenn man Bohrungen, Passungen oder Gewinde nachträglich in das Bauteil hineinarbeiten möchte.
Auch die Obere-/unterste Schichte muss so gewählt sein, das bei einer möglichen Zerspanung noch genügend Material vorhanden ist.
3.3.Verzug
Bei der Zerspanung von Kunststoffteilen ist der Verzug des Bauteils ein ständiger Begleiter.
Versuche nur mit geringen Materialabtrag zu arbeiten, um den Druck der bei der Zerspanung aufkommt, so gering wie möglich zu halten.
3.4.Kühlung der Werkzeuge
Die Kühlung der Werkzeuge ist beim Zerspanen sehr wichtig, um die entstehende Wärme und Späne mit abzutransportieren.
Bei Kunststoffen sollte man aber mitbeachten, dass sie ganz gerne Wasser absorbieren. Das Absorbationsverhalten ist sehr unterschiedlich von Kunststoff zu Kunststoff.
Sollte darauf nicht geachtet werden, kann es zu einem „aufquellen“ der Bauteile kommen.
4.Veredelung
Der 3D-Druck bietet uns viele Möglichkeiten und lässt uns dinge herstellen die vor geraumer Zeit noch undenkbar waren.
Durch den Schichtweißenaufbau ermöglicht er uns auch Strukturen zu erschaffen die in der Natur vorkommen und diese sich schon Jahrhunderte lang bewährt haben.
Um auch eine saubere und feine Optik/Haptik dieser gedruckten Bauteile zu erhalten gibt es verschiedene Wege, diese zu erreichen.
Eine raue Oberfläche ist das Hauptmerkmal beim Pulverdruck, doch diesen kann man mit diversen Veredelungen reduzieren.
Je nach Material bietet sich eine andere Veredelung an, mit diese man auch teilweise die mechanischen Eigenschaften des Modells verbessern kann.
Die drei großen Veredelung Kategorien:
4.1.Subtraktive Veredelung
Wie der Name es schon vermuten lässt, wird bei der subtraktiven Veredelung, Material vom Bauteil weggenommen. Das ist ähnlich wie bei der Subtraktiven Zerspanung, nur das hier eine viel kleinere Menge (0,01-0,05mm) abgetragen wird.
Dies sollte bei der Konstruktion mit berücksichtig werden, wenn bei dem Bauteil eine hohe Maßgenauigkeit gefordert ist.
Beim Pulverdruck bieten sich diese Bearbeitungen an, um die raue Oberfläche zu glätten.
Schleifen
Schleifen gehört ebenfalls zu spanabhebenden Fertigungsverfahren, dient aber eher zur Fein- und Fertigbearbeitung von Werkstücken. Wir unterscheiden zwischen manuellem und maschinellem Schleifen. Ziel des Schleifens ist es, die Oberflächenrauheit des Werkstückes zu verringern, um so die Qualität der Flächen zu optimieren.
Beim maschinellen Schleifen kommt ein weiterer Punkt hinzu – nämlich der Faktor Wärme. Durch die hohe Reibung entsteht Wärme, welche das gedruckte Modelle eventuell verformen kann. Hier ist es besonders wichtig mit geringen Geschwindigkeiten zu arbeiten und den Druck minimal zu halten.
Gleitschleifen (Trowalisieren)
Beim Gleitschleifen werden die fertig gedruckten Bauteile mitsamt den Schleifkörpern in einen Behälter gelegt. Diese Kombination wird dann auf unterschiedliche Art und Weiße in Bewegung gesetzt werden. (Vibrationen, Drehbewegungen des Behälters)
Durch das ständige Auftreffen der Schleifkörper auf das Bauteil werden Unebenheiten geglättet und spitze Kanten gebrochen. Es findet ein gleichmäßiger Abtrag und somit eine homogene Oberfläche erzeugt.
Je nach Material und Art des gedruckten Bauteils müssen die Schleifkörper angepasst werden.
Die Schleifkörper gibt es in unterschiedlichen Formen(z.B. Kegel, Dreieck, Kugel, Würfel, etc.) und Materialien (Glasperlen, Korund, Wallnussschalen, Metalle, etc.)
Polieren
Beim Polieren wird eine raue Oberfläche durch minimalen Schichtabtrag geglättet. Es dient meist dazu eine glänzende und noch glatte Oberfläche als beim schleifen zu erzeugen.
Um dies zu erreichen wird feines Schleifpapier, Polierpaste und polierscheiben aus unterschiedlichen Materialien wie Lammwolle, Baumwolle, Stahlwolle, uvm. verwendet.
Strahlen
Beim Strahlen werden Partikel mit hohem Druck auf die Oberfläche des gedruckten Bauteil gestrahlt.
Dabei werden Unebenheiten und Rauheitsspitzen geglättet und dadurch die Oberfläche verdichtet.
Das Strahlgut kann wie beim Gleitschleifen unterschiedliche Formen aufweißen und aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Mögliche Materialien sind zum Beispiel Glasperlen, Korund, Sand, Metall, Keramik aber auch pflanzliche Materialien wie Nussschalen oder Maiskolbengranulat.
4.2.Additive Veredelung
Bei der additiven Veredelung wird etwas auf das gedruckte Bauteil aufgebracht.
Es können Flüssigkeiten, Pulver und Folien verwendet werden. Je nach Anwendung kommen Schichtstärken von 0,1 - 1,0mm zusätzlich auf das Bauteil drauf.
Wie bei der subtraktiven Veredelung sollte das bei der Konstruktion mit eingeplant werden.
Grundieren
Die Grundierung dient der besseren Haftung zwischen Farbe und Druckteil. In den meisten Fällen dient sie als Grundlage für das spätere Bemalen oder Lackieren.
Je nach Stärke der Grundierungen können kleine Unebenheiten ausgeglichen werden, jedoch den Treppenstufeneffekt wirst du nicht komplett wegbekommen aber reduzieren.
Die Grundierungen kannst du entweder aufsprühen oder mittels Pinsel aufstreichen.
Es ist darauf zu achten das die chemische Zusammensetzung der Grundierung mit der der späteren Farbe auch harmonieren.
Einfärben
Beim Einfärben wird das gedruckte Bauteil zunächst in ein warmes Wasserbad getaucht. Dadurch entsteht eine chemische Reaktion, wodurch die Farbpigmente in das Material eindringen (ca. 0,2mm tief) kann. Anschließend muss das Bauteil noch getrocknet werden.
Anders als beim Lackieren bleiben die Abmaße des Bauteils gleich.
Des Weiteren sind die Farben langlebiger und es kann zu keinen „Abplatzen“ kommen. Durch das Tauchbad, werden auch die unzugänglichsten Stellen gleichmäßig mit eingefärbt.
Lackieren
Damit die Lackierung von gedruckten Bauteilen aus langfristig hält, ist in den meisten Fällen eine Grundierung von Nöten. Acrylfarbe macht hier jedoch eine Ausnahme, es hält auch auf nicht grundierten Bauteilen.
Generell ist es wichtig das deine Bauteile frei von Staub und Fett sind.
Hier gibt es die Möglichkeit den Lack mittels Sprühdose oder Pinsel aufzutragen. Beim Pinseln hat man die Chance größere Rillen mit dem Lack zu Füllen.
Damit die Lackierung auch nach Monaten nicht verbleicht und den gleichen Glanz hat, ist es ratsam die lackierten Bauteile mit einem Klarlack zu besprühen.
Tauchbeschichten
Wie der Name schon vermuten lässt, wird bei der Tauchbeschichtung das Bauteil in ein Material eingetaucht.
Das kann Farbe oder aber auch ein flüssiges Kunstharz sein, dadurch kann die Optik und je Beschichtungsmaterial auch die Eigenschaften verbessert werden.
Durch das eintauchen verteilt sich die Flüssigkeit gleichmäßig um das Bauteil herum.
Je nach Form des Modell muss dieser Tauchvorgang wiederholt werden. Nachdem tauchen wird das Modell aus dem Bad genommen und man lässt die Flüssigkeit abtropfen.
Die Beschichtung wird nun gleichmäßig ausgehärtet.
Es Bedarf jedoch Übung und auch Fachwissen, da die Materialien sich unterschiedlich verhalten. Für Privatnutzer ist der Aufwand für die meisten gedruckten Objekte einfach zu groß.
Wassertransferdruck
Der Wassertransferdruck ist eine kostengünstige Methode um deine Modelle mit einem speziellen Design zu versehen. Es werden somit schon verschiedene Muster wie zum Beispiel Carbon oder Wurzeloptiken in der Automobilbranche angefertigt.
Dabei wird das Modell in eine Wanne mit klarem und sauberem Wasser getaucht, auf dem eine Wasserlösliche Druckfolie schwimmt.
Diese Folien haftet an der Oberfläche und legt sich um alle Konturen des Bauteils.
Der Wassertransferdruck eignet sich auch für andere Materialien wie Metall, Keramik, Glas, Leder, etc.
4.3.Chemische Veredelung
Bei diesen Veredelungen wird weder was abgetragen noch aufgetragen. Hier werden die Molekül Strukturen des Materials verändert, wodurch dessen Eigenschaften in Bezug auf härte und Optik sich verbessern.
Je nach Behandlungsart können Spritzgussähnliche Oberflächen erschaffen werden.
Die notwendigen Chemischen Substanzen bzw. Hilfsmittel unterscheiden sich stark vom verwendeten Material.
Vapor Smoothing
Das Vapor Smoothing ist im deutschsprachigen Raum auch als chemisch glätten bekannt.
Hier wird das Bauteil in eine geschlossene Kammer getan wobei es dann dort mit Lösungsmitteldämpfen in Berührung kommt.
Dabei wird die oberste Schicht leicht verflüssigt und wodurch sich die Molekühlstruktur verändert. Es entsteht eine glatte Oberfläche.
Je nach Dauer und Intensität des Dampfen fallen die Ergebnisse unterschiedlich aus. In den meisten Fällen wird kein Material abgetragen, umso intensiver die Behandlung, desto größer ist die Gefahr das kleine Details am Druckteil verloren gehen.
Die Lösungsmittel und das Material des gedruckten Bauteils müssen zueinander passen.
Das chemisch glätten kann zuhause auch durchgeführt werden, jedoch bedarf es einer geeigneten Schutzausrüstung da die Chemikalien Gesundheitsschädlich sind.
Galvanisieren
Beim Galvanisieren wird das gedruckte Bauteil mit einem Metall überzogen.
Hierbei wird Das Bauteil in ein elektrolytisches Bad gehangen, durch das Strom geleitet wird. Die Anode, also der Pluspol befindet sich am abzulösenden Metall und an der Kathode, als den Minuspol befindet sich das gedruckte Bauteil.
Der Strom löst die Metallionen ab und diese lagern sich dann durch die Reduktion am zu beschichtenden Bauteil wieder ab. Das Bad ermöglicht eine gleichmäßige Beschichtung.
Mit dem Galvanisieren können metallische Eigenschaften, wie Leitfähigkeit oder Magnetismus dem 3D-Druck Kunststoff Bauteil hinzugefügt werden. Auch die Stabilität wird verbessert.