Werkzeuge für die subtraktive Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen

Diese ist eine dreiteilige Artikel Serie zum Thema „Werkzeuge für die Nachbearbeitung von 3D gedruckten Bauteilen“. 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 3D-Druck Materialien 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

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:

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?

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:

Hier findest du einen Rechner für andere metrische Gewindegrößen.

Welche Arbeitsmittel nehme ich zum Gewindeschneiden?

Innengewinde

Aussengewinde

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?

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.