Nachbearbeitung bei Resin Drucken
Die Aufbereitung der Bauteile und das Entfernen der notwendigen Stützstrukturen, sind im Vergleich zum Filament-und Pulverdruck, wichtige Merkmale beim Post-Processing von 3D-Druck mit Kunstharz.
Die Bauteile müssen gereinigt und oftmals nachgehärtet werden, damit die Resine ihre Eigenschaften entfalten können.
Je nach verwendeten 3D-Druckverfahren müssen die Stützstrukturen Manuell oder durch spezielle Flüssigkeiten entfernt werden.
Durch die geringe Schichtstärke beim 3D-Druck, weißen die Resindrucke eine sehr glatte und feine Oberfläche auf, wodurch die Bauteile nur selten noch geschliffen oder poliert werden müssen.
Je nach Bauteil und angewendeten Druckverfahren kann dieser Arbeits-/Zeitaufwand variieren.
Wie genau die Nachbearbeitung aussieht und worauf man achten sollte, erfährst du in diesem Beitrag.
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 Resin 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 Resindruck
Wie beim Filament und Pulverdruck fällt der Aufwand bei der Aufbereitung des Resindruckes je nach Modell und Druckverfahren unterschiedlich aus.
Mit einem 3D-Druck gerechten Design und der richtigen Ausrichtung des Modells im Bauraum können mögliche Nachbearbeitungen überflüssig gemacht werden. Dies ist aber sehr geometrieabhängig.
Um das Optimum der Resin drucke herauszuholen, bedarf es nachdem Druck zwei Schritte:
- Abspülen
- Aushärten
Bei Abspülen werden die Bauteile nachdem Druck in ein Lösungsmittelbad aus Isopropylalkohol gelegt. Vorteilhaft ist es, wenn dieses Bad immer etwas in Bewegung ist, somit werden die nicht ausgehärteten Harzreste leichter entfernt.
Für das Abspülen bieten einige Hersteller auch die eigenen Geräte gleich mit an.
Bevor die Abgespülten Bauteile zum nachhärten kommen, sollten sie an der frischen Luft etwas abtrocken. Sonst kann es Probleme beim nachhärte Prozess kommen.
Durch das Aushärten bekommen die gedruckten Bauteile, erst ihre finalen mechanischen Eigenschaften. Diese sind von Resin zu Resin unterschiedlich.
Das Aushärten erfolgt mittels UV-Strahlung, wobei auch hier externe Geräte zum Einsatzkommen.
Die Aushärtezeiten liegen so zwischen 10-60min.
Danach können die Stützstrukturen entfernt werden.
1.1.Werden Stützstrukturen benötigt?
Ja - je nach Druckverfahren
Beim Resindruck werden Stützstrukturen benötigt. Diese werden ähnlich wie beim Filamentdruck, für Überhänge und freistehenden Konturen benötigt.
Des Weiteren wird von einigen Herstellern empfohlen, das Modell nicht direkt auf die Druckplattform zu platzieren, da man dieses dann nur schwer vom Druckbett wieder lösen kann. In den meisten Fällen wird das Modell beschädigt oder im schlimmsten Fall zerstört.
Bei den Druckverfahren wie SLA und DLP, die nur mit einem Resin drucken, müssen die Stützstrukturen mechanisch entfernt werden.
Druckverfahren wie zum Beispiele MJP von 3D-System arbeiten mit mindestens zwei Resinen, bei dem eins davon nur die Stützstrukturen druckt.
Diese werden nach dem Druck mittels einer speziellen Lauge(z.B. Natronlauge) aufgelöst.
1.2.Kann ich Einfluss auf die Stützstrukturen nehmen?
In den Slicer-Programmen gibt es einige Einstellungsmöglichkeiten, um deine Stützstrukturen anzupassen.
Du hast hier die Möglichkeit zwischen vorgefertigten Stützstruktur Profilen(z.B. leicht, mittel, schwer) auszuwählen. Dabei verändern sich die allgemeine Stärke der Stützen und die Kontaktpunkte zwischen Bauteil und Stützstruktur.
Die Software platziert dann nur dort die Stützen, wo sie auch wirklich gebraucht werden.
In den neusten Slicer Versionen kannst du auch noch manuell an Stützstrukturen erstellen.
Man sollte aber bedenken, dass man diese nach dem druck alle manuell entfernen muss.
1.3.Welche Werkzeuge/Hilfsmittel können helfen?
Um die Stützstrukturen mechanisch zu entfernen, gibt es verschiedene Werkzeuge , die sich in den letzten Jahren bewährt haben:
Pinzette, damit können feine Stützstrukturen mit ein wenig Wackeln vom Bauteil gelöst werden.
Pinzetten Set
Es ist sehr hilfreich, eine Grundausstattung an Pinzetten zu besitzen. Damit kannst du sehr filigrane Teile festhalten aber auch Materialreste an der Düse entfernen. Dünne Spitzen ermöglichen das Anheben und Entfernen der Stützstruktur an schwer zugänglichen Stellen.
Zange + Seitenschneider oftmals gibt’s diese beiden Werkzeuge im Set zu erwerben. Damit lassen sich auch stärkere Stützstrukturen gut vom Bauteil trennen.
Zangenset
Die Zange eignet sich besonders für das Greifen und Entfernen des Stützmaterials.
Besorge dir am besten eine mit langen Zinken, da bei manchen Objekten eine große Reichweite gebraucht wird.
Sehr hilfreich ist die Zange auch beim Festhalten von Muttern. Besonders in den Ecken der 3D-Drucker kann das zu einer ziemlich nervigen Angelegenheit werden.
Bastelmesserset diese Messer sind sehr scharf und eignen sich sehr gut, um Stützen knapp am Modell sauber zu entfernen.
Messerset/Skalpell
Die vielleicht simpelsten Werkzeuge, die ich beim 3D-Druck benutzte, sind Messer. Diese müssen scharf sein, damit man gut durch den Kunststoff schneiden kann. Eine kleine Auswahl von verschiedenen Formen der Messer kann sehr hilfreich sein, um alle Stellen gut zu erreichen.
2.Qualitätssicherung bei Resindrucken
Bei der Qualitätssicherung sprechen wir vom Messen und Prüfen der gedruckten Bauteile.
Beim Resindruck sind die Toleranzen der Drucktechnologie und das Schrumpfverhalten der unterschiedlichen Kunststoffe in der Konstruktion mit zu berücksichtigen. Das Modell wird nach dem aushärten kleiner.
Je nach Anwendungsfall der gedruckten Bauteile, ist deshalb ein Probedruck zu empfehlen.
Der Toleranzbereich bei Kunstharzdrucken ist im Vergleich zu Filament- und Pulverdruck kleiner.
Je nach Druckermodell und Material befinden wir uns hier zwischen 0,05-0,1mm.
2.1.Wie erfolgt die Qualitätssicherung bei Resindrucken?
- 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
Spanende Bearbeitungen, wie Fräsen, Drehen, Bohren, etc. sind bei Bauteilen aus Kunstharz eher nicht zu empfehlen.
Durch das nachträgliche aushärten werden die Modelle sehr spröde, wodurch eine spanende Nachbearbeitung nur schwer zu realisieren ist. Schon bei kleinen Bohrungen kann es passieren das kleine Materialstücken abplatzen.
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.
Dabei weißen die Druckverfahren die mit Resinen drucken, schon von Anfang an eine sehr feine Oberfläche auf. In den meisten Fällen reicht es aus den Spuren der Stützstrukturen zu beseitigen.
Je nach Anwendungsfall und 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 Resindruck bieten sich diese Bearbeitungen an, um die Spuren der Stützstrukturen zu beseitigen.
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.
Bemerkung:
Auch beim manuellen Schleifen muss auf den Druck geachtet werden, der auf das Werkstück ausgeübt wird. Wie beim Feilen kann es auch hier zur Deformierung kommen.
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.
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 die Überreste der Stützstrukturen 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 späteren Farbe auch harmonieren.
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.
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.
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.