Während der Großteil der Fertigungsarbeit im 3D-Drucker stattfindet, wo Teile Schicht für Schicht aufgebaut werden, ist dies nicht das Ende des Prozesses. Die Nachbearbeitung ist ein wichtiger Schritt im 3D-Druck-Workflow, der gedruckte Komponenten in fertige Produkte verwandelt. Das heißt, „Nachbearbeitung“ selbst ist kein spezifischer Prozess, sondern vielmehr eine Kategorie, die aus vielen verschiedenen Verarbeitungstechniken und -verfahren besteht, die angewendet und kombiniert werden können, um unterschiedliche ästhetische und funktionale Anforderungen zu erfüllen.
Wie wir in diesem Artikel ausführlicher erläutern werden, gibt es zahlreiche Nachbearbeitungs- und Oberflächenveredelungstechniken, darunter grundlegende Nachbearbeitung (z. B. Entfernen von Stützstrukturen), Oberflächenglättung (physikalisch und chemisch) und Farbbearbeitung. Das Verständnis der verschiedenen Verfahren im 3D-Druck ermöglicht es Ihnen, Produktspezifikationen und -anforderungen zu erfüllen – unabhängig davon, ob Ihr Ziel eine gleichmäßige Oberflächenqualität, eine spezifische Ästhetik oder eine höhere Produktivität ist. Werfen wir einen genaueren Blick darauf.
Unter grundlegender Nachbearbeitung versteht man in der Regel die ersten Schritte nach dem Entfernen und Reinigen des 3D-gedruckten Teils aus der Baugruppe, einschließlich der Entfernung der Stützstrukturen und der grundlegenden Oberflächenglättung (als Vorbereitung für gründlichere Glättungstechniken).
Viele 3D-Druckverfahren, darunter Fused Deposition Modeling (FDM), Stereolithografie (SLA), Direktes Metall-Lasersintern (DMLS) und Carbon Digital Light Synthesis (DLS), erfordern die Verwendung von Stützstrukturen zur Erzeugung von Vorsprüngen, Brücken und fragilen Strukturen. Obwohl diese Strukturen im Druckprozess nützlich sind, müssen sie vor der Anwendung von Veredelungstechniken entfernt werden.
Das Entfernen der Stützstruktur kann auf verschiedene Arten erfolgen, doch der heute gängigste Prozess ist manuelle Arbeit, beispielsweise das Schneiden. Bei wasserlöslichen Substraten kann die Stützstruktur durch Eintauchen des Druckobjekts in Wasser entfernt werden. Es gibt auch spezielle Lösungen für die automatisierte Teileentnahme, insbesondere im Bereich der additiven Metallfertigung. Dabei kommen Werkzeuge wie CNC-Maschinen und Roboter zum Einsatz, um die Stützstruktur präzise zu schneiden und Toleranzen einzuhalten.
Eine weitere grundlegende Nachbearbeitungsmethode ist das Sandstrahlen. Dabei werden Druckteile unter hohem Druck mit Partikeln besprüht. Der Aufprall des Sprühmaterials auf die Druckoberfläche erzeugt eine glattere, gleichmäßigere Textur.
Sandstrahlen ist oft der erste Schritt zum Glätten einer 3D-gedruckten Oberfläche, da es Restmaterial effektiv entfernt und eine gleichmäßigere Oberfläche erzeugt, die dann für nachfolgende Schritte wie Polieren, Lackieren oder Beizen bereit ist. Wichtig zu beachten: Sandstrahlen erzeugt keine glänzende Oberfläche.
Neben dem einfachen Sandstrahlen gibt es weitere Nachbearbeitungstechniken, mit denen sich die Glätte und andere Oberflächeneigenschaften von Druckteilen, wie z. B. ein mattes oder glänzendes Erscheinungsbild, verbessern lassen. In manchen Fällen können Veredelungstechniken eingesetzt werden, um bei unterschiedlichen Baumaterialien und Druckverfahren Glätte zu erzielen. In anderen Fällen eignet sich die Oberflächenglättung jedoch nur für bestimmte Medien oder Drucke. Teilegeometrie und Druckmaterial sind die beiden wichtigsten Faktoren bei der Wahl einer der folgenden Oberflächenglättungsmethoden (alle verfügbar im Xometry Instant Pricing).
Diese Nachbearbeitungsmethode ähnelt dem konventionellen Sandstrahlen, da hier Partikel unter hohem Druck auf den Druck aufgebracht werden. Es gibt jedoch einen wichtigen Unterschied: Beim Sandstrahlen werden keine Partikel (wie Sand) verwendet, sondern kugelförmige Glasperlen als Medium, um den Druck mit hoher Geschwindigkeit zu sandstrahlen.
Der Aufprall runder Glasperlen auf die Druckoberfläche erzeugt einen glatteren und gleichmäßigeren Oberflächeneffekt. Neben den ästhetischen Vorteilen des Sandstrahlens erhöht der Glättungsprozess die mechanische Festigkeit des Teils, ohne dessen Größe zu beeinträchtigen. Dies liegt daran, dass die kugelförmige Form der Glasperlen eine sehr oberflächliche Wirkung auf die Oberfläche des Teils haben kann.
Das Trommeln, auch Sieben genannt, ist eine effektive Lösung für die Nachbearbeitung von Kleinteilen. Bei dieser Technologie wird ein 3D-Druckteil zusammen mit kleinen Keramik-, Kunststoff- oder Metallstücken in eine Trommel gelegt. Die Trommel rotiert oder vibriert, wodurch die Partikel am Druckteil reiben, Oberflächenunregelmäßigkeiten beseitigt und eine glatte Oberfläche entsteht.
Das Schleifen mit Strahlmitteln ist leistungsstärker als Sandstrahlen, und die Oberflächenglätte lässt sich je nach Art des Schleifmaterials anpassen. Beispielsweise können Sie mit feinkörnigen Strahlmitteln eine rauere Oberflächenstruktur erzeugen, während hochkörnige Strahlmittel eine glattere Oberfläche erzeugen. Einige der gängigsten großen Schleifsysteme können Teile mit den Abmessungen 400 x 120 x 120 mm oder 200 x 200 x 200 mm bearbeiten. In einigen Fällen, insbesondere bei MJF- oder SLS-Teilen, kann die Baugruppe mit einem Träger trommelpoliert werden.
Während alle oben genannten Glättungsmethoden auf physikalischen Prozessen basieren, beruht die Dampfglättung auf einer chemischen Reaktion zwischen dem Druckmaterial und Dampf, um eine glatte Oberfläche zu erzeugen. Konkret bedeutet die Dampfglättung, dass der 3D-Druck in einer geschlossenen Prozesskammer einem verdunstenden Lösungsmittel (wie FA 326) ausgesetzt wird. Der Dampf haftet an der Druckoberfläche und erzeugt eine kontrollierte chemische Schmelze, die durch die Umverteilung des geschmolzenen Materials Oberflächenfehler, Unebenheiten und Vertiefungen glättet.
Dampfglättung verleiht Oberflächen ein polierteres und glänzenderes Finish. Das Dampfglättungsverfahren ist zwar teurer als die physikalische Glättung, wird aber aufgrund der besseren Glätte und des glänzenden Finishs bevorzugt. Dampfglättung ist mit den meisten Polymeren und elastomeren 3D-Druckmaterialien kompatibel.
Das Kolorieren als zusätzlicher Nachbearbeitungsschritt ist eine hervorragende Möglichkeit, die Ästhetik Ihrer Druckergebnisse zu verbessern. Obwohl 3D-Druckmaterialien (insbesondere FDM-Filamente) in verschiedenen Farboptionen erhältlich sind, ermöglicht Ihnen das Tonen als Nachbearbeitung die Verwendung von Materialien und Druckverfahren, die den Produktspezifikationen entsprechen und die richtige Farbübereinstimmung für ein bestimmtes Material erzielen. Hier sind die beiden gängigsten Kolorierungsmethoden für den 3D-Druck.
Sprühlackieren ist eine beliebte Methode, bei der mit einem Aerosolsprühgerät eine Farbschicht auf ein 3D-Druckteil aufgetragen wird. Durch eine Druckpause können Sie die Farbe gleichmäßig auf das Teil sprühen und so die gesamte Oberfläche bedecken. (Farbe kann auch selektiv mithilfe von Maskierungstechniken aufgetragen werden.) Diese Methode wird sowohl für 3D-gedruckte als auch für bearbeitete Teile verwendet und ist relativ kostengünstig. Sie hat jedoch einen großen Nachteil: Da die Tinte sehr dünn aufgetragen wird, wird die ursprüngliche Farbe des Druckmaterials sichtbar, wenn das gedruckte Teil zerkratzt oder abgenutzt ist. Der folgende Schattierungsprozess löst dieses Problem.
Anders als beim Sprühen oder Pinseln dringt die Tinte beim 3D-Druck unter die Oberfläche. Dies hat mehrere Vorteile. Erstens bleiben die leuchtenden Farben erhalten, selbst wenn der 3D-Druck abgenutzt oder zerkratzt wird. Die Farbe blättert auch nicht ab, wie es bei Farbe üblich ist. Ein weiterer großer Vorteil des Färbens ist, dass die Maßgenauigkeit des Drucks nicht beeinträchtigt wird: Da die Farbe in die Oberfläche des Modells eindringt, trägt sie nicht zur Dicke bei und führt somit nicht zu Detailverlusten. Der konkrete Färbungsprozess hängt vom 3D-Druckverfahren und den Materialien ab.
Alle diese Veredelungsprozesse sind möglich, wenn Sie mit einem Fertigungspartner wie Xometry zusammenarbeiten. So können Sie professionelle 3D-Drucke erstellen, die sowohl den Leistungs- als auch den ästhetischen Standards entsprechen.
Veröffentlichungszeit: 24. April 2024