3D-Druck – Was für eine Technologie steckt dahinter?

3D-Druck – innovative Technologie für viele Anwendungen


Der 3D-Druck befasst sich mit verschiedenen additiven Technologien. Der Begriff additive Fertigung bezieht sich auf das Hinzufügen von Material, also auf den Schichtaufbau. Die heutigen 3D-Drucker können Komponenten aus Kunststoffen, Metallen und Keramiken generieren. Im Vergleich zu materialabtragenden Arbeitsverfahren ist die additive Methode sparsamer, außerdem profitierst Du von den vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der zukunftsweisenden Technik.


Wichtige Anwendungen für den 3D-Druck


Die folgende Liste gibt Dir einen Überblick über die wichtigsten Anwendungen des 3D-Drucks.


  • Prototypen
  • Messemodelle
  • Architekturmodelle
  • Kleinserien und Werbegeschenke
  • Produktdesign
  • Ersatzteile
  • medizintechnische Komponenten
  • Hobby-Modellbau
  • Computerfiguren


In der Industrie kommen die 3D-Drucker für die Fertigung von mechanischen Bauteilen wie Griffe, Gussformen und Gehäuseteile zum Einsatz. Als Beispiele sind Scharniere für Leichtbau-Türen zu nennen, Gehäuse für Hörgeräte und Strukturteile für Spezialmaschinen. Wenn du mehr über die Geschichte des 3D-Drucks erfahren möchtest, dann schau einfach mal hier vorbei.

Welche Möglichkeiten hast Du, wenn Du selber 3D-Drucken möchtest?


Um selber 3D-Drucke herzustellen, brauchst Du einen 3D-Drucker, der zu Deinen Bedürfnissen passt. Du kannst Dir die Hardware kaufen oder, wenn Du nur selten an ​gedruckten Objekten interessiert bist, einen 3D-Drucker leihen oder mieten.


Wenn Du einen 3D-Drucker kaufst, kannst Du diesen nach Belieben nutzen. Allerdings solltest Du vor dem Kauf die Produkte auf dem Markt vergleichen, um das richtige Modell zu finden. Die leistungsstarken 3D-Drucker sind recht kostspielig, umso wichtiger ist es, eine gute Auswahl zu treffen.


Einige Anbieter vermieten 3D-Drucker für einen bestimmten Zeitraum. Zu einem solchen Angebot gehört oft auch das Zubehör, das Du für Deine 3D-Drucke benötigst und direkt beim Hersteller bzw. Anbieter kaufen kannst. Bei dieser Mietoption solltest Du rechtzeitig prüfen, ob der 3D-Drucker zum gewünschten Zeitpunkt verfügbar ist.


Ein Fablab bietet die Möglichkeit, die hier vorhandenen 3D-Drucker zu nutzen. Das internationale Netzwerk von lokalen Labs fördert Erfinder und stellt ein umfassendes technisches Equipment zur Verfügung. Die Hardware und Programme kannst Du teilweise reservieren. Die Nutzung der Fablab Technik erfordert einen verantwortungsbewussten Umgang und einen Beitrag zur Dokumentation.


Wie entsteht ein 3D-Modell?

​Damit Du ein Modell mit dem 3D-Drucker erzeugen kannst, brauchst Du erst einmal die digitale Vorlage. Diese stellt das physische Objekt in digitaler Form dar. Bei dem 2D Druck brauchst Du eine Bildvorlage oder eine Textdatei, die ausgedruckt wird. Beim 3D-Druck ist ein entsprechendes ​dreidimensionales Modell die Grundlage.


​Du kannst das 3D-Modell mithilfe eines Programms ​(CAD) konstruieren oder einen 3D Scanner einsetzen, um dadurch das Originalobjekt zu digitalisieren. So entsteht Dein digitales 3D Modell. Verschiedene Formate sind möglich:


  • ​Zu den Favoriten gehören CAD-Formate wie STP und IGES. Die CAD-Konstruktionsdaten beinhalten zahlreiche Detail-Informationen. Allerdings ist die Umwandlung (Reverse Engineering) der STL in STP recht anspruchsvoll.


  • Meshformate oder Gitternetzlinienmodelle erlauben einen direkten Druck. Typische Mesh-Dateiformate sind STL für einfarbige Modelle, OBJ (einfarbig/farbig), WRL/VRML und PLY (beide farbig).


Wissenswertes zu CAD


CAD steht für computer-aided design, also rechnerunterstütztes Konstruieren. Die konstruktiven Aufgaben werden also von der elektronischen Datenverarbeitung unterstützt, um Objekte für Bauwerke, Maschinen, Fahr- und Flugzeuge oder auch Kleidung herzustellen.​ ​In CAD ist es möglich, zwei- und dreidimensionale Modelle zu generieren.

​Für eine umfassende Funktionalität werden die Programme durch Berechnungen, Simulationen und CNC-Programmerstellung ergänzt. Auf der Basis des virtuellen Modells erzeugt Dein 3D-Drucker dann das reale Objekt.


Details zu CAM


CAM-Programme haben beim 3D-Druck die Aufgabe, wichtige Informationen bezüglich Drucktemperatur, Füllmengen und stützenden Strukturen zur STL Datei hinzuzufügen. CAM steht für computer-aided manufacturing. Im Zusammenhang mit dem 3D-Drucker und dem Schichtaufbau spricht man auch von dem Slicer. Dieser zerlegt das Werkstück, unter der Einflussnahme deiner eingestellten Parameter, in einzelne Schichten, diese dann zu einem G-Code umgewandelt werden. ​Das Slicer-Programm muss mit Deinem 3D-Drucker kompatibel sein, damit sie perfekt funktionieren. Oft erhältst Du diese Software kostenlos zum Drucker dazu.

​Ansichtsmodus in Cura: Schichten

​Ansichtsmodus in Cura: Solide

​G-Code


Beim G-Code handelt es sich um eine ältere Programmiersprache, die auch für CNC-Maschinen verwendet wird. Er liefert dem Drucker genaue Anweisungen, wo das Material hinzugefügt werden soll. Das G steht für den Befehl „go to“: Der 3D-Drucker bekommt also die Anweisung, zu einer bestimmten Position zu fahren.

G-Code Beispiel

Beispiel Satznummer 25:

G1 X97.154 Y82.720 E2.09541 F1800

G1: Linearinterpolation Bewegung (Geradlinige Bewegung)


Der Druckkopf bewegt sich zu den Koordinaten (X97.154, Y82.720), und extrudiert 2.09541 mm Filament. Das "F" in dieser Satzzeile sagt dem 3D-Drucker was für eine Vorschubgeschwindigkeit er benutzen soll. In diesem Fall wäre es 1800mm/min.


Der G-Code ist nicht vollständig standardisiert, deswegen kann es passieren das jeder 3D- Drucker darauf anders reagiert. Deshalb sollte jeder G-Code entsprechend dem 3D-Drucker neu generiert werden, um Komplikationen oder größere Schäden zu vermeiden.​


Druckvorbereitung und Nachbearbeitung


​Der 3D-Druck ist inzwischen über drei Jahrzehnte alt und es gibt mehrere Verfahren. Abhängig von der Größe und Geometrie des Modells zieht sich der Druck oft über einige Stunden hin oder dauert sogar mehrere Tage lang. Die schnellsten 3D Verfahren bauen mehrere cm in der Stunde auf, wie es beispielsweise bei CLIP von Carbon 3D der Fall ist. Bei anderen Drucksystemen liegt die Leistung bei nur wenigen mm in der Stunde.


​Vor jedem 3D-Druck ist eine gewisse Vorbereitung zu treffen. Dadurch können wir unvorhergesehen Probleme ausschließen oder zumindest minimieren. Das hängt natürlich von dem Druckverfahren und der Qualität des 3D-Druckers ab. Hier mal ein paar Beispiele die ich persönlich bei FDM-Drucker als Vorbereitung mache.


  • Ausrichten des Drucktisches in der Z-Achse (Nivellierung)
  • Düsenreinigung vor jedem Druck
  • Druckplatte säubern bzw. mit Tapband bekleben
  • Spannung der Zahnriemen überprüfen
  • Leichtgängigkeit der X- und Y-Achse 
  • Parallelität der Bewegungswellen überprüfen
  • Probedruck bei neuem Material


Bei den meisten 3D-Druckverfahren ist eine Nachbearbeitung unverzichtbar. Wie umfangreich diese Arbeit ist, hängt vom Verfahren und von der Beschaffenheit des Bauteils ab.​


Kategorisierung der 3D-Drucker


Für den Hobby-Einsatz bieten sich FDM/SLA/DLP 3D-Drucker an. Teilweise kosten diese 3D-Drucker nur ein paar hundert Euro, doch die Preise können auch bis zu 4.000 Euro hochgehen. Die Qualität der Druck-Erzeugnisse ist recht ordentlich, auch wenn die einfacheren 3D-Drucker nicht so zuverlässig und präzise arbeiten wie eine industrielle Druckerausstattung.

​Günstiger FDM-Drucker

Günstiger DLP-Drucker

Günstiger ​SLA-Drucker


Bei den 3D-Druckern für die semi-professionelle Nutzung findest Du ebenfalls FDM und SLA/DLP Drucker. Hier gibt es außerdem Lasersinteranlagen(SLS). Die Preise beginnen bei 5.000 Euro und gehen hoch bis zu 25.000 Euro. ​


3D-Drucker für die Industrie sind besonders leistungsstark. Sie haben einen hohen Durchsatz, arbeiten sehr genau und schaffen Spitzenleistungen. Hier findest Du Spezialanlagen für Sub-Nanostrukturen, Lasersinteranlagen sowie Großraum-Metalldrucker. Abhängig von der Größenordnung liegen die Kaufpreise zwischen 150.000 und 500.000 Euro oder sogar noch höher.


Welche Materialien lassen sich mit dem 3D-Drucker bearbeiten?


Die aktuellen 3D-Drucker können eine Vielzahl von Materialien verarbeiten. Zu den vorwiegend eingesetzten Materialien zählen Kunststoffe, Metalle sowie Keramiken. Im Folgenden erhältst Du einen kurzen Überblick über die wichtigsten Baustoffe.


  • Thermoplaste wie ABS, Polycarbonat, Polyamid usw. eignen sich als beständige Kunststoffe für die industrielle Nutzung. Die typischen Druckerverfahren für Thermoplaste sind HP Jet Fusion sowie SLS und FDM.


  • Im Modellbau und der Musterfertigung sind Kunstharze die Favoriten. Hier kommen Druckerverfahren wie Polyjet und Stereolithografie zum Einsatz.


  • Der 3D-Druck von Metallen befasst sich mit der Herstellung von Objekten aus Stahl, Titan und Aluminium. Auch Legierungen sind möglich.


  • Keramik kann ebenfalls als 3D-Druck entstehen, allerdings ist der Keramikdruck noch relativ neu.

Die Möglichkeiten des 3D-Drucks erweitern sich kontinuierlich. Inzwischen können auch Spezialstoffe wie Gips und Beton, Nudelteig und Schokolade in 3D gedruckt werden. Sogar Biomaterialien und lebende Zellen lassen sich dreidimensional drucken. Die additive Fertigung ist damit eine zukunftsträchtige Technologie, die sich für ein umfassendes Anwendungsgebiet eignet.


Hier findest du eine Übersicht mit den aktuell gängigsten Filamenten für das FDM-Druckverfahren.

​​Verschiedene Filamentarten kennenlernen...

Form 2 – Was kann dieser SLA 3D-Drucker?

Wer diesen Blog ein wenig verfolgt weiß, dass ich mich in den letzten Jahren intensiv mit der FDM-Drucktechnologie beschäftigt habe. Mit den beiden 3D-Druckern von Ultimaker konnte ich einige Projekte und Ideen realisieren und bin nach wie vor begeistert von deren Druckqualität. Auch die Vielfalt der Materialien steigt weiter und somit entstehen immer neue Anwendungsgebiete.


Um meine Druckdienstleistungen zu erweitern, habe ich in eine für mich neue 3D-Drucktechnologie investiert – das SLA-Druckverfahren. Bei diesem Verfahren wird ein Photopolymer (Harz) mittels eines UV-Lasers ausgehärtet.


In diesem Segment sind viele verschiedene Hersteller auf dem Markt. Nach einer längeren Zeit der Recherche habe ich mich für den Form 2 von „Formlabs“ entschieden.


Ausschlaggebend dafür waren die qualitativ sehr hochwertigen Musterteile und die umfangreichen Materialmöglichkeiten (Harz Typen).

Technische Details

  • ​Gerätetyp: SLA
  • ​Software​: ​PreForm
  • ​​Unterstützes Dateiformat: ​Stl, Obj
  • ​Maximales Bauvolumen: ​145 x 145 x 175 mm
  • ​Gesamtgröße des Druckers: 350 x 330 x 520 mm
  • ​Auflösung Z-Achse: 25-100 Mikrometer
  • Laserspotgröße: 140 Mikrometer
  • ​Lichtquelle: 405nm Violet Laser, 250mW
  • ​Druckmaterialien: ​Methacrylate Photopolymer Resin
  • Betriebssysteme: Windows 7, Mac OS X 10.7
  • ​Leistungsaufnahme: 65W
  • Gewicht: 13kg
  • ​Anschlussmöglichkeiten: WLAN, Ethernet, USB

Lieferumfang

Da ich mich für das Komplettpaket von Formlabs inklusive Form Wash und Form Cura entschieden habe, wurden insgesamt 4 Pakete geliefert. Diese waren alle sauber und ordentlich verpackt, so wie man es sich bei einem etwas preisintensiveren 3D-Drucker vorstellt. Jeweils ein Paket pro Gerät inklusive Finish-Kit, Harz Tanks und Harz Patronen. Die Kartons waren sehr handlich. Mithilfe der Handgriffe beim Form 2 - Karton stellten die 13kg kein großes Problem dar.


Auf dem Bild siehst du die mitgelieferten Zubehörteile, welche du vor allem zur Nachbehandlung der Druckteile benötigst.

  • ​Waschstation mit zwei Behältern ​
  • 1x Pinzette
  • 1x Seitenschneider
  • unzählige Einweghandschuhe
  • Flasche für Spüllösung
  • 2x Spachteln
  • 1x Lappen
  • Reinigungstücher
  • Stromkabel
  • Ethernet-Kabel

Was mir persönlich fehlt bzw. sehr gefallen hätte, wäre eine kleine Testflasche Isopropylalkohol. Dieses Lösungsmittel ist notwendig, um das Werkstück nach dem Druck vom nicht verfestigten Harz zu befreien.


Der Form Wash und der Form Cure muss zusätzlich gekauft werden.

​Form Wash

Bildquelle: Formlabs

​Form Cure

Bildquelle: Formlabs


Aufbau und Design des Form 2

Der Aufbau wirkt sehr stabil.  Mit seinen Maßen von 350 x 330 x 520mm ist er auch optisch sehr ansprechend.  Auch wenn es keine große Rolle bei der Kaufentscheidung gespielt hat, gefällt mir das Desgin der Formlabs-Produkte persönlich sehr gut.


Der Bauraum ist mit 145 x 145 x 175 relativ klein. Das sollte man vorab in seine Planung mit einbeziehen. Für viele Anwendungen ist diese Größe des Bauraumes jedoch vollkommen ausreichend.


Um das Harz ordentlich auszuhärten, verwendet Formlabs einen 250mW Laser mit einem Laserpunktdurchmesser von 140 Mikrometer(0,14mm).


Inbetriebnahme des Form 2

Nach dem man die Außenfolie und die Schutzabdeckung im Inneren des Form 2 entfernt hat, kann schon mit der Inbetriebnahme des Form 2 begonnen werden. Die Installation des 3D-Druckers ist mit Hilfe der beiliegenden Gebrauchsanweisung (englische Sprache) und der Webseite von Formlabs sehr schnell realisiert.


Die Installation des Form 2 inklusive Software kann kurz in 8 Schritten erklärt werden.


  1. ​Anschließen des Netzkabels
  2. Anschließen an den Computer (USB; Ethernet-Kabel, Wifi)
  3. Drucker ausrichten (es wird angezeigt welcher Standfuss verstellt werden muss
  4. Harz Tank mit Harzwischer beladen (er muss einrasten, bis der Form 2 ihn erkennt)
  5. Bauplattform befestigen
  6. Harz Kartusche beladen (zuvor Plaste Abdeckungen entfernen, gut schütteln und die Gummidichtung ein wenig öffnen)
  7. Preform herunterladen
  8. Firmware update durchführen


Für diese 8 Arbeitsschritte benötigt man ca.15 min und danach ist der Form 2 schon druckbereit.


Bedienung

Mit dem 4,3 Zoll großen Touchscreen ist der Form 2 leicht zu bedienen. Der Aufbau des Menüs ist sehr schlicht ohne viel Schnick-Schnack, was die Navigation durch das Menü unkompliziert macht. Gefällt mir persönlich sehr gut.


Software

Formlabs bietet eine eigene Software zu den SLA-Druckern. PreForm ist sehr übersichtlich gestaltet und leicht zu verstehen.


Zuerst wählst du deinen SLA-Drucker und das zu verwendende Harz aus. Parallel dazu stellst du die gewünschte Schichtdicke 100,50 oder 25 Mikrometer (0.1,0.05,0.025 mm) ein.


Nun kann dein gewünschtes Modell in die Software eingelesen werden. Links findest du verschiedene Einstellungen zur Ausrichtung deines Modells im Druckraum und zur Generierung der Stützstrukturen. Auch die Abmessungen deines Werkstückes inklusive Skalier- und Verdopplungsfunktion sind in dieser Software integriert.


Die Stützstruktur sieht auf den ersten Blick relativ kompliziert aus. Die automatischen Herstellungen funktionieren aber sehr gut, sodass die Druckvorbereitung in wenigen Minuten erledigt ist.


Beachte, dass die Stützstrukturen immer kleine und leichte Spuren auf dem Druckobjekt  hinterlassen. Mit ein wenig Nacharbeit können diese jedoch legalisiert werden.


Materialien

Formlabs bietet eine Vielzahl von Materialien. Alle können mit dem Form 2 genutzt werden. Man unterteilt sie in fünf verschiedene Anwendungsbereiche.


  1. ​Standardharze
  2. Kunstharze für die Zahnmedizin
  3. Technische Materialien
  4. Materialien zur Herstellung von Schmuck
  5. Keramische Kunstharze


Du kannst aus über 20 verschiedenen Harzen auswählen und diese je nach Anwendungsgebiet einsetzen. Zu jedem Material findest du ein Datenblatt mit dessen Eigenschaften, Vorteilen/Nachteilen, Anwendungsgebieten und Nachbearbeitungsmöglichkeiten.


Ich persönlich beschäftige mich momentan mit den Standardharzen und den technischen Materialien. Im Laufe der Zeit werde ich natürlich meine Druckergebnisse hier veröffentlichen und auf die jeweiligen Eigenschaften des Materials näher eingehen.


Druckergebnis

Technische Materialien: ​Formlabs High Temp


High Temp Resin weist eine Wärmeformbeständigkeittemperatur (HDT) von 289 °C bei 0,45 MPa auf – den höchsten Wert unter allen 3D-Druckmaterialien auf dem Markt. Es eignet sich zum Drucken von Modellen für die Umweltprüfung oder zum Herstellen von Formen und Urformen für Fertigungsprozesse wie Gießen und Thermoformen. Bei kleinen Wandstärken ist das Entfernen der Stützstrukturen mit Vorsicht zu genießen, da das Material nach dem Aushärten sehr brüchig geworden ist. Soweit wie ich das bis jetzt beurteilen kann, liegt es aber an den dünnen Wänden.( Siehe Förderschnecke)

​Förderschnecke in zwei Teilen

​komplette Förderschneck

​Düsenkörper mit feinen Kanälen

​Technische Materialien: Formlabs ​Grey Pro


​Grey Pro Kunstharz ist ein vielseitiges Prototyping-Material, das für funktionelle Teile und umfassende Tests geeignet ist. Es bietet hohe Präzision, moderate Bruchdehnung und geringe Kriechneigung. Konzeptmodelle und funktionales Prototyping können mit diesem Material in großen Volumen realisiert werden.


Der selbst designte Greifer verfügt über einen kleinen Schmierungskanal und Aussparungen ​die das Gewicht noch ein wenig reduzieren.


Beim Bild 1 gibt es kleine Oberflächenprobleme, da ich den Kipp​mechanismus der Harzkartusche nicht geöffnet hatte. So konnte das Harz durch den entstanden Unterdruck nicht kontinuierlich in den Harztank laufen.


Im Bild 3 ​sind meine Schleifversuche zu erkennen. Hier mussten die Kontaktpunkte der Stützstrukturen entfernt werden. ​Um das richtige Schleifmittel zu finden, sind noch einige Tests vonnöten.

​Greifer komplett mit Stützstruktur

​Greifer (geteilt)

​Greifer (geteilt)


​Mein Fazit

Der Form 2 ist mein erster SLA-Drucker. Erfahrungswerte mit gleichartigen 3D-Druckern dieses Verfahrens konnte ich bisher nicht sammeln.


Persönlich finde ich, das Formlabs mit dem Form 2 ein sehr gut durchdachtes Komplettsystem anbietet. Es fängt mit der guten Verpackung an und endet mit einer super Dokumentation im Internet.


Aufgrund der hohen Anzahl an unterschiedlichen Harzen ist dieser 3D-Drucker für viele Anwendungsgebiete geeignet. Besonders hervorzuheben sind die Druckqualität und die verschiedenen Eigenschaften der Harze (​elastisch, flexibel, wärmebeständig, uvm.) . Davon bin ich immer wieder beeindruckt.


Natürlich darf man den stolzen Preis des Gerätes und der Harze nicht vergessen. Da diese Aufwendungen mit den gedruckten Produkten wieder erwirtschaftet werden sollten, ist dieses Produkt eher für den professionellen Gebrauch ausgerichtet.


Wer aber wirklich schöne Druckobjekte haben will, macht mit dem Form 2 von Formlabs keinen Fehler. Qualität hat eben ihren Preis.

Vor- und Nachteile

​Vorteile

  • ​Druckqualität
  • ​Leichte Bedienung
  • ​Verwendung verschiedener Materialien
  • ​Schnelle Inbetriebnahme

​Nachteile

  • ​Preis des Druckers und des Zubehörs
  • ​Bis jetzt nur englische Datenblätter der Materialien

​Bewertung

Gesamtbewertung: ​8.​6 von 10.0
​Lieferumfang: 8.0 von 10.0
Aufbau und Design: 8.0 von 10.0
​Inbetriebnahme: 9.0 von 10.0
​​Bedienung: 9.0 von 10.0
​Software: ​8.0 von 10.0
​Materialien: 9.0 von 10.0
Druckqualität: 10.0 von 10.0

Nachbearbeitung von 3D gedruckten Werkstücken – Teil 3

​In den ersten beiden Teilen haben wir uns mit der Subtraktiven Nachbearbeitung und der Oberflächenbehandlung beschäftigt. Im letzten Teil meiner dreiteiligen Artikel-Serie “Nachbearbeitung von 3D gedruckten Werkstücken” ​erfährst du wie du gedruckte Werkstücke miteinander verkleben kannst.


Doch welche Kleber nimmt man da am besten? ​Benötigt man teure Marken Kleber oder reichen eventuell auch Kleber aus dem Baumarkt?


Hier erf​ährst du es.


​Kleben

Beim Kleben werden Materialien stoffschlüssig miteinander verbunden.  Die Haftung der beiden Stoffe wird auch als „Adhäsion“ bezeichnet. Das beschreibt die physikalische Wechselwirkung an der Werkstückoberfläche. Es können die unterschiedlichsten Materialien zusammengefügt werden. Beim 3D-Druck können damit Werkstücke realisiert werden, die sonst nur mit unzähligen Stützstrukturen möglich wären.


Besonders PLA und ABS können mit dem richtigen Kleber ohne Einschränkungen geklebt werden.


​Bemerkung:


​Bevor du mit dem Kleben deiner Werkstücke beginnst, lies die Herstellerangaben auf dem Kleber. Der Umgang mit dem Kleber wird dort kurz und präzise vorgestellt. Des Weiteren werden dir hier einige Tipps gegeben ob die zu Klebendenden Oberflächen vorbehandelt werden muss, um eine optimale Verbindung zu erhalten.


​Mögliche Arbeitsmittel ​für...


​Pl​a

Kunststoffkleber​  

Sekundenkleber ​

​Profi Kleber ​

​Zwei-Komponenten Kleber

​Handschuhe


​ABS

​Hart Kunststoff Kleber

​Modellbaukleber

​Industriekleber

​​Industriekleb​er

​Handschuhe


​Kleber für andere Druckmaterialien werden folgen.




Fazit

In diesen drei Artikeln habe ich dir unterschiedliche Möglichkeiten zum Thema Nachbearbeitung von 3D gedruckten Modellen vorgestellt. 


​Wie du siehst, gibt es auch einige Punkte, die​ man bei der Konstruktion ​beachten muss.


​Natürlich sind hier noch nicht alle Methoden zu Nachbearbeitung aufgelistet, doch die Artikel sind so aufgebaut, dass man sie jederzeit erweitern kann​. Also falls du noch Methoden kennst, dann kannst du mir gerne schreiben und ich füge diese dann mit ein. Wenn es in deinem Interesse ist, wirst du natürlich namentlich mit erwähnt.


Zum ​Abschluss dieser langen Artikelserie würde ich gerne von dir wissen, ob ​du noch Fragen zu diesem Thema habt oder ob irgendetwas unklar ist? Gern beantworte ich ​deine Fragen dazu in den Kommentaren oder du schreibst mir privat eine Nachricht.


Wie oben schön erwähnt sind weitere Tipps und Tricks aus eurer Erfahrung ​natürlich ​immer willkommen.

Nachbearbeitung von 3D gedruckten Werkstücken – Teil 2

Der erste Teil dieser Artikel-Serie “Nachbearbeitung von 3D gedruckten Werkstücken” ​behandelte das Thema Subtraktive Nachbearbeitung. Damit wir alle Nachbearbeitung-formen kennenlernen, möchte ich heute auch gleich mit Teil 2 weiter machen.


In diesem 2. von 3 Teilen geht es um die “Oberflächenbehandlung“. von gedruckten Bauteilen.
Hier werden verschiedenen Möglichkeiten vorgestellt, wie du die Qualität deiner Werkstückoberfläche verbessern kannst.


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.


​Welche Arbeitsmittel nehme ich zum Schleifen?


​Manuelles Schleifen

Schleifpapier

​Maschinelles Schleifen

Dremel mit Aufsätzen

Schutzbrille

Atemschutzmaske


Acryl Spritzspachteln

Jeder, der einen FDM/FFF 3D-Drucker besitzt, kennt das Problem der rillenartigen Oberflächenstruktur. Bei diesem Druckverfahren wird das Material als runder Strang aus der Düse extrudiert. Zwischen dem oberen und unteren Layer entsteht nun ein kleiner aber feiner Hohlraum.


Diesen Hohlraum kannst du entweder mechanisch (schleifen, polieren, etc.) legalisieren oder du nutzt in diesem Fall eine Spachtelmasse. Besonders gut eignet sich dafür eine Acryl Spritzspachtel. Die Spachtelmasse schließt schnell kleine Unebenheiten und Kratzer. So entsteht eine sehr glatte Oberfläche, die auch ein super Untergrund für nachfolgende Lackierungen ist.


​Bemerkungen:

Je nach Layerhöhe (0,05mm; 0,1mm; etc.) brauchst du mehr oder weniger Spritzspachtel. Zwischen den Layern entstehen unterschiedlich große Hohlräume. Um ein Gefühl für die richtige Menge zu bekommen, bearbeitest du am besten einige kleine Testmodelle mit der Spachtelmasse. Wie bei allen Tätigkeiten achte auch hier auf die Sicherheitshinweise des Herstellers. Besorge dir die dafür benötigte Schutzausrüstung. Gesundheit hat immer Vorrang.


​Arbeitsmittel​ für das Acryl Spritzspachteln.

Spritzspachtelmasse

​Spachtel-Set

Handschuhe

Schutzbrille


Epoxidharz

Epoxidharz hat die gleiche Funktion wie Acryl Spritzspachtel. Mit dieser Schutzbeschichtung kannst du deine 3D Druck-Objekte glätten. Damit verschwinden auch die die typischen 3D Druck Rillen. Oftmals besteht Epoxidharz aus 2 verschiedenen flüssigen Komponenten. Diese werden im Verhältnis 2:1 gemischt und mittels Pinsel auf das Modell aufgetragen. Je nach Mischungsverhältnis muss die Flüssigkeit dann noch ca. 4 Stunden aushärten. Erst danach kann geschliffen oder lackiert werden.


​Bemerkung:


​Es ist besonders wichtig auf die Herstellerangaben zu achten, da jedes Epoxidharz unterschiedlich schnell aushärtet. Je schneller es aushärtet umso intensiver sind die ablaufenden chemischen Reaktionen. Es entstehen dabei hohe Temperaturen, die zu Verformungen an deinem Druckteil führen können.


​​Arbeitsmittel​ für die Epoxidbehandlung?

Epoxidharz

Pinsel-Set

​Mischbecher

Handschuhe

​Schutzbrille

Atemschutzmaske


Aceton

Auch mit Aceton können gedruckte Bauteile geglättet werden. Jedoch wird damit der Kunststoff angegriffen und die Rillenstruktur zerstört. Je nach Konzentration und Dauer der Acetonbehandlung, werden die Werkstücke geringfügig kleiner. ​


​Bemerkungen:


​Ich bin kein großer Fan von Aceton, da mir das Risiko einfach zu hoch ist. Es ist und bleibt eine giftige und leicht entzündlich Flüssigkeit, die schon bei kleiner Unachtsamkeit große Schäden verursachen kann. Bei der Anwendung ist daher immer besondere Vorsicht geboten. Bitte vor der Anwendung von Aceton dringend die Packungsbeilage lesen!


​Arbeitsmittel​ für die Acetonbehandlung?

​Aceton

Aceton

Bildquelle: Obi

Pinsel-Set

Handschuhe

​Schutzbrille

Atemschutzmaske


​Bemalen/Lackieren

3D-Druck-Objekte können ohne Probleme bemalt bzw. lackiert werden. Besonders bei PLA und ABS lassen sich damit echt schöne Ergebnisse erzielen. Meine besten Erfahrungen konnte ich mit Acrylfarbe und ​diversen Sprühlack machen. Auch bei dem Färben von Hand wird eine Grundierung benötigt, damit das Teil den Lack nicht absorbiert. ​


Bemerkung:

​Überlege dir vor dem Druck, wie dein Modell am Ende aussehen soll. Eventuell kannst du mit der Auswahl der richtigen Farbe des Filaments einen Großteil der Lackierarbeiten sparen.


​Arbeitsmittel​ für das Bemalen/Lackieren?

​​Acrylfarbe

Sprühlack

​Haftspray für Kunststoffteile

Handschuhe

Schutzbrille

Atemschutzmaske


Wassertransferdruck

Der Wassertransferdruck ist ein Oberflächenbeschichtungsverfahren.

Mit diesem werden unterschiedliche Muster und Dekore auf dreidimensional geformte Objekte aufgebracht. Dieses Verfahren wird immer beliebter und findet immer mehr Zuspruch bei Hobbybastlern. Je nach Anforderungen müssen die Teile zuvor grundiert bzw. mit einem Basislack überzogen werden.


​Bemerkung:


Wichtig beim Wassertransferdruck ist, dass die zu beschichteten Oberflächen frei von Schmutz und Staub sind. Auch die richtige Wassertemperatur hat großen Einfluss auf das Endergebnis.


​​Arbeitsmittel​ für den Wassertransferdruck?

​Starter-Set


​Im dritten Teil dieser Serie gehe ich auf das Kleben von gedruckten Bauteilen näher ein. Welche Klebemittel gibt es? Was muss man beachten und wo kann ich diesen "Kleber" ​kaufen.


​Hier geht es zum dritten Artikel "Kleben von gedruckten Werkstücken".

Nachbearbeitung von 3D gedruckten Werkstücken Teil 1

Ich möchte eine dreiteilige Artikel Serie zum Thema „Nachbearbeitung von 3D gedruckten Bauteilen“ starten. In diesen Artikeln zeige ich dir, wie du aus deinen gedruckten Objekten das Beste herausholen kannst. Im Internet gibt es eine Vielzahl von 3D-Druck-Enthusiasten, die sich mit diesem Thema sehr ausführlich auseinandersetzen. Deren Ergebnisse sind sehr beeindruckend.


In den drei Artikel werden wir uns mit der Subtraktiven Nachbearbeitung, Oberflächenbehandlung und das Kleben von 3D-gedruckten Werkstücken befassen.


Beginnen werden wir mit der Subtraktive Nachbearbeitung:


Je nach Modellanforderung können gedruckte Bauteile mittels der Subtraktiven Fertigungsverfahren nachbearbeitet werden. Man sollte jedoch vorsichtig sein, denn je nach Verfahren müssen verschiedene Punkte beachtet werden. Die Materialien z.B. benötigen nicht nur beim 3D-Druck unterschiedliche Einstellungen, sondern weisen auch jeweils ihre Eigenheiten bei der Zerspanung auf. Unbedingt beachten sollte man die Wandstärke des Bauteils und das zu verwendete Kühlmittel. Gerade beim FDM-Druckverfahren ist es ratsam, die subtraktive Nachbearbeitung so gering wie möglich zu halten. Man kann sich viel Frust ersparen.


Trotzdem möchte ich dir die entsprechenden Verfahren kurz vorstellen.

Fräsen

Fräsen zählt zu den spanenden Fertigungsverfahren. Dabei wird von einem Rohteil Material in Form von Spänen entfernt. Als „Rohteil“ wird hier oftmals ein Vierkant benutzt, welches auf dem Frästisch aufgespannt werden muss. Durch Fräsen kann man saubere Planflächen, Passungen sowie eine hohe Maßgenauigkeit des gedruckten Bauteils auch nachträglich realisieren.


Bemerkung:


Eine Vielzahl der Hobbymaker schwört auf kleine und stabile Fräsmaschinen, die ihren gedruckten Teilen den letzten „Feinschliff“ geben. Die Stabilität der meisten Hobbyfräsen reicht für das Bearbeiten von gedruckten Kunststoffteilen problemlos aus. Mittlerweile gibt es auch Hersteller, die 3D-Druck und Fräsen kombinieren. Bevor du mit dem Fräsen deines gedruckten Bauteils beginnst, versichere dich immer, dass genügend Aufmaß an der zu bearbeitenden Fläche vorhanden ist. Wenn nicht, kann dein Bauteil instabil werden.


Informiere dich immer ein wenig, bevor du die Katze im Sack kaufst. Hier findest du ein paar Beispiele von Fräsmaschinen für Bastler.


Fräsmaschinen:


​​Drehen

Drehen zählt wie Fräsen ebenfalls zu den spanenden Fertigungsverfahren.

Gedreht werden aber hauptsächlich rotationssymetrische Formen und Strukturen. Im Gegensatz zum Bohren und Fräsen dreht sich hier das Werkstück und nicht das Werkzeug.


​Bemerkung:


Auch beim Drehen brauchst du genügend Aufmaß der zu bearbeitenden Flächen, damit dein Bauteil auch nach der Bearbeitung maßgenau und stabil bleibt. Auch hier solltest du dich vorab ein wenig informieren.


Drehmaschinen:


Bohren

Bohren ist wahrscheinlich die häufigste Form der Subtraktiven Nachbearbeitung. Es kommt vor, dass die gedruckten Löcher zu klein sind, weil man die Schrumpfung des Materials beim Konstruieren nicht einberechnet. Oder die Löcher sind nicht richtig rund. Will man das Teil trotzdem verwenden, hilft oftmals nur noch das Aufbohren der gedruckten Löcher.


​Bemerkung:

​Es gibt eine Vielzahl von Bohrer-Typen, die jeweils für den entsprechenden Werkstoff geeignet sind. Auch hier hilft ein wenig Recherche bei der Auswahl. Du kannst zum Beispiel auch mit herkömmlichen Stahl- und Alu-Bohrern problemlos Kunststoff bearbeiten. Arbeite dabei mit einer geringen Drehzahl. Die Temperatur muss im Rahmen gehalten werden, damit sich der Kunststoff nicht verformt. Bitte achte auch hier wieder auf genügend Aufmaß bei deiner Wandstärke.


​Verschiedene Bohrer Typen:

​Metallbohrer

Kunststoffbohrer


Feilen

Feilen gehört zu den spanabhebenden Fertigungsverfahren.

Je nach Art der Feile können unterschiedliche Materialien bearbeitet werden. Beim 3D-Druck wird die Feile oftmals für das Brechen von Kanten genutzt aber auch für die Nachbearbeitung von Flächen und das Verfeinern der Oberflächenstruktur.


Bemerkung:


Beim Feilen sollte man besonders auf die eingesetzte Kraft achten. Ist der ausgeübte Druck zu hoch, kann sich das gedruckte Objekt dabei verformen und danach nicht mehr verwendbar sein.


​Arbeitsmittel ​​zum Feilen.


​Entgraten

Eine weitere Nachbearbeitungsform ist das Entgraten. Ein Grat ist in der Regel eine nicht erwünschte Ausformung, die durch falsche Einstellungen entstanden ist. Auch das Entfernen von diversen Stützstrukturen zählt zu den häufigen Nachbearbeitungen, die beim 3D-Druck entstehen.


​​Bemerkung:


​Beim Umgang mit den scharfen Werkzeugen ist äußerste Vorsicht geboten. Schnell rutscht man ab und verletzt sich dabei.


Welche Arbeitsmittel nehme ich zum Entgraten?

Hakenklinge

Kegelsenker


​​Gewinde schneiden

Das Gewindeschneiden ist ein sehr häufige Nacharbeitsform beim FDM-basierten 3D-Druck. Wir unterscheiden hier zwischen Außen- und Innengewinde. Aufgrund Schrumpfung des Materials oder falsch gewählte Einstellungen kann es passieren, dass die Gewindeflanken oder die Gewindesteigung nicht korrekt gedruckt worden sind. In diesem Fall klemmen die Schrauben bzw. die Muttern. Um das Bauteil nicht gleich zu entsorgen oder neu zu drucken, haben wir die Möglichkeit, das Gewinde einfach nachzuschneiden.


Tipp:


Versuche die Gewinde in der Z-Achse zu drucken. So kann die Geometrie (Gewindegänge/Gewindeflanken) besser und feiner vom Drucker realisiert werden. Mit dieser Methode konnte ich ein M6- Gewinde ohne Nachschneiden realisieren.​

​Bemerkung:


​Achte wieder auf genügend Aufmaß bei deiner Wandstärke. Gewindegrößen unter M6 sind nur sehr schwer zu realisieren. Dafür benötigst du einen kleinen Düsendurchmesser (z.B. 0,2mm). Es ist deshalb ratsam, nur das Kernloch des Gewindes herzustellen und danach manuell das Innengewinde zu schneiden. Außengewinde gehen in der Regel besser.  Allerdings kommt es auch hier immer auf die Größe des Gewindes und das verwendete Druckmaterial an.


​Nennmaße für Regelgewinde:

​Gewindebezeichnung​(D)

​Steigung(P)

​Kerndurchmesser(Ø)

​M2

​0,4

​1,60mm

​M3

​0,5

​2,50mm

​M4

​0,7

​3,30mm

M5

0,8

​4,20mm

M6

​1,0

​5,00mm

M8

​1,25

​6,75mm

M10

​1,5

​8,50mm

​Hier findest du einen Rechner für andere metrische Gewindegrößen.

Welche Arbeitsmittel nehme ich zum Gewindeschneiden?


Innengewinde

Gewindebohrer      

Windeisen    

​Gewindeschneid-Set

​Aussengewinde

​Schneideisensatz

Gewindeschneider Satz 


Passung reiben

Gerade bei technischen Baugruppen müssen die gedruckten Werkstücke gut aufeinander abgestimmt sein.Ein konkretes Beispiel wäre eine Stiftverbindung zwischen zwei Bauteilen. Hier ist es notwendig, das die Bohrungen eine hohe Maß- und Formgenauigkeit besitzen. Beim Reiben wird eine bestehende Bohrung mit einer Reibahle aufgebohrt. Das Aufmaß der Bohrung liegt zwischen 0,1mm-0,2mm.


Beispiel:

Bei einer 6H7 Reibahle muss der konstruierte Lochdurchmesser bei 5,8 - 5.9mm liegen.


​Bemerkung:

​Achte auch hier wieder darauf, dass du genügend Aufmaß an der Mantelfläche der Bohrung hast. Fertige ggf. ein Probeteil, um zu überprüfen, ob dein Aufmaß der Bohrung groß genug ist, um diese dann mit der Reibahle aufbohren zu können.


​Welche Arbeitsmittel nehme ich zum Reiben?

​​Handreibahle

​Windeisen


So geht’s weiter


Im zweiten Teil dieser Artikel-Serie​ möchte ich dir ein paar Möglichkeiten ​der Oberflächenbehandlung von 3D gedruckten Werkstücken zeigen​. Hier erfährst du wie man mit mechanischer bzw. chemischer Behandlung eine saubere und schöne Oberfläche herstellen kann.


Natürlich wirst du auch hier direkt zu den Produkten weitergeleitet, sodass du nicht selber lange suchen musst.

​Bis dahin.


Hier geht es zum zweiten Teil “Oberflächenbehandlung“.