Resin – was steckt dahinter und wie wird es hergestellt?
Resinharze werden beim SLA- und DLP Druck benötigt. Es ist das Basismaterial für dein Druckmodel. Hier erfährst du, was sich hinter den Namen verbirgt und für welche Bauteile es sich eignet.
Was ist Resin?
Resine sind Extraktstoffe, die aus einem dehydrierten Naturharz gewonnen wird. In der chemischen Industrie werden diese Stoffe in der Regel als Zwischenprodukte eingesetzt. Man kennt sie als Synthesekautschuk oder als Substanzen für die Pigmentherstellung.
Die Definition von Resin - Kunstharzen bezieht sich auf UV-härtende Flüssigkunststoffe. Bei SLA - Resin handelt es sich also um ein Material, welches durch Lichteinstrahlung aushärtet.
Während des Druckprozesses werden bei SLA- und DLP-Druckern vorher definierte Stellen zielgerichtet mit UV-Licht bestrahlt. Folglich kommt es zum präzisen Aushärten des Materials und es entstehen im Vergleich zu den FDM-Druckern sehr feine, exakte Strukturen.
Die Hersteller der 3D-Drucker optimieren die Resine und stimmen diese auf die eigenen Geräte ab. Das bedeutet, für Markendrucker werden meist firmeneigene Resine benötigt.
Wie wird Resin hergestellt?
Es ist ein synthetisches Kunstharz, dass durch Polymerisations-, Polyadditions- oder Polykondensationsreaktionen hergestellt wird. Es kann durch Naturstoffe wie zum Beispiel pflanzliche Öle modifiziert werden. Die Kunstharze bestehen üblicherweise aus zwei Komponenten (Harz und Härter). Durch diese Kombination entsteht eine reaktionsfähige Masse, die dann wiederum mit UV-Strahlen ausgehärtet wird.
Wie wird es ausgeliefert?
Der flüssige Kunststoff wird zum größten Teil in dunklen Kartuschen geliefert und so vor den UV-Strahlen geschützt.
Die Kartuschen unterscheiden sich von Anbieter zu Anbieter. Meist sind die preisintensiveren Drucksysteme so aufgebaut, das nur das hausinterne Resine verwendet werden kann.
Welche Arten sind auf dem Markt?
Auf der Suche nach einem geeigneten Resin für die jeweiligen 3D-Drucke können verschiedene Sorten ausgewählt werden. Einige Kunstharze haben besondere Eigenschaften, die es ermöglichen, gedruckte Bauteile für die verschiedensten Anwendungen zu nutzen.
Deshalb sollte bei der Auswahl der Resine auf deren speziellen Eigenschaften geachtet werden.
Hier ist eine kleine Liste, in welchen Anwendungsbereichen die Resine eingesetzt werden können:
- Standard
- Zahnmedizin (Biokompatibel, Feuchtigkeitsbeständig)
- Maschinenbau (Fest, Robust)
- Schmuck (Temperaturbeständig, Formstabil
- Medizin (Elastisch, Transparent, Farbig)
In welchen Branchen wird Kunstharz genutzt?
Resine bzw. Kunstharze sind vor allem für die Medizinbranche interessant.
Die hochpräzisen 3D-Druckmodelle sind vor allem in der Dentalbranche sehr gefragt, um schnell auf die Bedürfnisse der Patienten reagieren zu können. Die hohe Maßhaltigkeit und die feine Oberfläche ermöglichen es den Dentallaboren, Zahnersatz oder Bohrschablonen kostengünstig zu produzieren.
Generell überzeugen Kunstharze in der Industrie durch ihre Vielseitigkeit und die kurze Produktionszeit. Sie eignen sich besonders für die Herstellung von Prototypen, Design-Objekten, Funktionsmustern, Anschauungsmodellen und vieler anderer Bauteile.
Aufgrund der unglaublichen Detailtreue, die mit dem Material erzeugt werden kann, sind sie natürlich für den Modellbau oder Künstler sehr interessant.
In der Schmuckindustrie werden Sie für Formmuster oder als Gussform genutzt.
Da diese generell nicht UV-Beständig sind, müssen die Anwendungsbereiche gut durchdacht sein. Es kann passieren, dass dieses Material durch den Einfluss von UV-Strahlen (Licht, Sonne) nachhärtet und dadurch spröde wird.
Aus diesem Grund sind Resine eher nicht für den Langzeiteinsatz zu empfehlen.
Bildquelle:www.3dxs.de
Nacharbeit
Bei der additiven Fertigung mit Kunstharz werden immer Stützstrukturen benötigt. Die oftmals halbautomatisch erzeugten Stützstrukturen werden für mögliche Überhänge und die allgemeine Druckbetthaftung gebraucht.
Zwischen Modell und Druckbett wird immer eine Stützstruktur erzeugt. Das dient vorrangig zum vereinfachten Entfernen der Modelle vom Druckbett aber es beugt auch dem möglichen „Warping“ bei den Bauteilen vor.
Je nach Druckverfahren werden diese Stützstrukturen meist mit dem gleichen Resin gedruckt wie das Bauteil oder es wird dafür ein spezielles Resin verwendet. Mit verschiedenen Resinen arbeiten aber eher die Industriedrucker.
Hier findest du einen speziellen Beitrag über die Nachbearbeitung von Resindrucken.
Veredelung
Die Veredelung unterscheidet sich je nach verwendetem Druckmaterial.
Mögliche Oberflächenbehandlungen:
- Polieren
- Lackieren
- Metall überziehen(galvanisieren)
- Strahlen
- Schleifen
Worauf muss man beim Drucken achten?
Beim Druckverfahren mit Kunstharz wird das Modell durch das 3D-Druckerprogramm in separate Schichten zerlegt, die 0,025mm - 0,25mm hoch sein können. Dann wird eine Platte in das Resin-Bad abgesenkt. Ein UV-Laser zeichnet die Konturen des 3D-Modells auf diese Platte, woraufhin das Material an diesen Stellen aushärtet. Danach wird die Plattform um einen Layer herabgestuft und neues Material wird auf die Oberfläche aufgetragen. So wächst Dein Bauteil aus Resin im Schichtaufbau langsam heran.
Bei diesem Druck wird das Objekt von Stützen gehalten. Diese musst Du nach dem Drucken manuell entfernen und die verbliebenen Stellen gegebenenfalls abschleifen.
Du musst unbedingt darauf achten, dass der Tank frei von Rückständen ist. Sollten noch Teile von Fehldrucken sich im Harztank befinden, kann das Druckergebnis stark beeinträchtigt werden. Auch ist darauf zu achten, dass zum Beispiel die Glasplatte bzw. der Harztankboden frei von Kratzer und Schmutz ist. Sollte nämlich eine Verunreinigung vorliegen, kann der UV-Laser umgelenkt werden. Dies bewirkt, dass das Harz an der falschen Stelle aushärtet.
Welche Vor- und Nachteile hat der 3D-Druck mit Kunstharz?
Resin erfüllt sehr hohe Anforderungen bezüglich der Oberflächengüte und Detailgenauigkeit. Der große Vorteil gegenüber anderen Druckvarianten zeigt sich darin, dass Du beim 3D-Druck auf allen Seiten sowie innen eine Hochglanzoberfläche erzeugen kannst. Zudem ist die Maßhaltigkeit bei den Resin-Objekten extrem hoch. Das hängt mit den geringen Schichtstärken zusammen. Allerdings ist immer eine Nachbearbeitung nötig, da Du nach dem 3D-Druck noch die Stützen manuell entfernen musst.
Pro
Contra
Wirtschaftliche Faktoren
Worauf sollte beim Kauf geachtet werden?
Einige der großen 3D-Druckermarken 3DSystems, Stratasys oder Formlabs setzen auf geschlossene Systeme. Das heißt, diese 3D-Drucker arbeiten nur mit herstellereigenen Materialien.
Bei anderen Herstellern ist es hingegen möglich, auch alternative Resine einzusetzen. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass der Drucker die nötige Leistung besitzt, um das gewählte Resin auch auszuhärten.
Wie beim Filament-Druck können auch hier Test-Samples von ca. 100g bei verschiedenen Herstellern erworben werden. Die normalen Kartuschen werden Packungsgrößen von ca. 250g, 500g und 1000g verkauft.
Bei den großen Maschinen können die Kartuschen wesentlich größer ausfallen (z.B. 4000g).
Was kosten Resin-Kartuschen?
Im Vergleich zu anderen Druckmaterialien sind Kunstharze im mittleren Preissegment einzuordnen.
Die Standard-Materialien ohne besondere Eigenschaften sind für 40€ - 85€ pro Kilo zu erwerben. Große Preisunterschiede zwischen diesen Materialien sind bisher nicht zu erkennen.
Resine, die generell spezielle Eigenschaften aufweisen, werden zwischen 105€ -800€ pro kg gehandelt. Gerade im Dentalbereich sind hohe Materialkosten mit einzuplanen.
Bevor man sich für den Einsatz von Resin als Druckmaterial entscheidet, sollte man wissen, dass neben dem 3D-Drucker weitere Zusatzgeräte benötigt werden.
Zuerst benötigt man die sogenannte Waschstation.
Darin wird das gedruckte Bauteil gereinigt. Um das nicht ausgehärtete Kunstharz vom Bauteil zu entfernen, wird Alkohol als Reinigungsmittel verwendet.
Waschstation von der Firma Formlabs
Neben der Waschstation benötigt man eine Nachhärtekammer.
Darin wird das Bauteil eine vorgegebene Zeit mit UV-Strahlen beleuchtet. Bei manchen Kunstharzen kommen dadurch erst ihre speziellen Eigenschaften zur Geltung.
Waschstation und Nachhärtekammer sind neben den richtigen Werkzeugen für die Entfernung von den Stützstrukturen bei der Planung für den Kauf eines 3D-Druckers unbedingt mit einzukalkulieren.
Nachhärtekammer von der Firma Formlabs