Eine der Schlüsselfragen im Bereich der Planung von 3D-Druck-Aufträgen ist die Berücksichtigung der Rauheit oder Glattheit von Oberflächen verschiedener Materialien. Schließlich variiert deren Qualität, abhängig von Material und Druckverfahren. Wir möchten Ihnen daher einen Überblick bieten, was es beim 3D-Druck im Hinblick auf raue und glatte Oberflächen zu beachten gibt.
Dazu ist ein Blick auf die einzelnen 3D-Druckverfahren notwendig.
3D-Druck mit flüssigen Polymeren
Folgende additive Verfahren funktionieren nach dem Wirkungsprinzip der selektiven Aushärtung flüssiger Polymere: Die Stereolithografie (bzw. SLA-/STL-Druck), das Digital Light Processing (DLP-Verfahren), die Continous Liquid Interface Production (CLIP-Verfahren) und die 2-Photonen-Polymerisation. Allen diese Verfahren ist gemein, dass immer Stützstrukturen (Support) mitgedruckt werden müssen.
Hierbei gilt insbesondere für die Stereolithografie, dass die Oberflächenqualität stark von der Ausrichtung des Modells im 3D-Drucker abhängig ist. Meist erweist sich vor allem die Unterseite aufgrund der Supportstrukturen als sehr rau, wogegen die Oberseite beim Ra Wert (der Maßzahl der Rauigkeit) bereits ohne Nacharbeit im niedrigen einstelligen µm Bereich liegt.
Als Nachbearbeitung empfiehlt sich hierbei insbesondere das Spachteln bzw. Fillern oder auch das Schleifen mit Sandpapier. Auf diese Weise lassen sich sehr gute Oberflächen erzeugen.
Pulverbasierte 3D-Druckverfahren
Neben dem weitverbreiteten Selektiven Lasersintern (SLS-Druck) seien insbesondere das HP Multi Jet Fusion und das ColorJet-Verfahren genannt. In der Regel kommen diese Verfahren ohne Stützstrukturen aus. Eine Ausnahme bildet hierbei allerdings das im Metalldruck gebräuchliche Selektive Laserschmelzen (SLM-Druck).
Die Oberflächenqualität im pulverbasierten 3D-Druck erweist sich als von insgesamt guter Qualität. Zudem weisen diese Modelle, durch den Wegfall der Supportstrukturen, weitgehend homogene Oberflächen auf. Materialbedingt (∅ ca. 60 µm Pulverkörner) bilden sich allerdings Löcher/Poren auf der Oberfläche. In der Konsequenz können auch beim Schleifen keine völlig glatten Oberflächen erzeugt werden.
Für die Nachbearbeitung empfehlen sich bei diesen Verfahren vor allem das Schleifen, Strahlen oder Gleitschleifen. Zu Bedenken ist allerdings, dass sich eine nahezu porenfreie Oberfläche in den pulverbasierten 3D-Druckverfahren nur unter sehr großem Aufwand erzeugen lässt (Vakuuminfusionen; mehrstufiges Verfahren).
3D-Druck durch Kunststoff-Extrusion
Als das bekannteste 3D-Druckverfahren aus dem Bereich der Kunststoff-Extrusion kann zweifellos das FDM- bzw. FFF-Verfahren gelten. Hierbei sind in allen Regel Stützstrukturen erforderlich.
3D-Drucke in diesen Verfahren weisen in aller Regel eine eher niedrige bis allenfalls mittelmäßig gute Oberflächenqualität auf. So sind produktionsbedingt vor allem die äußeren Schichten stark gerillt. Dafür erweisen sich die Oberflächen dieser Modelle als nahezu porenfrei. Vor allem zeigt sich die Unterseite an den Stellen ohne Support meist als sehr glatt.
Die Nachbearbeitung konzentriert sich in der Regel auf das Entfernen der Supportstrukturen. Darüber lassen sich insbesondere FDM-Modelle aus ABS sehr gut Schleifen, Strahlen oder Gleitschleifen/Trowalisieren.
3D-Druck durch Photopolymer-Jetting
Unter denjenigen 3D-Druckverfahren, die auf der selektiven Ausbringung von Photopolymer-Tropfen basiert, sind insbesondere das PolyJet bzw. MultiJet Modelling zu nennen.
Diese Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass sie gute bis sehr gute Oberflächen hervorbringen. Da die ausgebrachten Materialtropfen zu sehr geringen Schichthöhen zerlaufen entstehen sehr homogene Oberflächen, mit kaum wahrnehmbaren Schichtstärken, von nur 15 – 30 µm.
Allerdings sind auch hierbei Stützstrukturen nötig, welche die Qualität der jeweils „betroffenen“ Stellen merklich beeinträchtigen. Dies gilt allerdings nicht für diejenigen PolyJet– oder MultiJet-3D-Drucker, welche thermisch lösliche oder wasserlösliche Supportstrukturen verwenden.
In letzteren Fällen ist eine Nachbearbeitung meist nicht mehr notwendig. In den übrigen Fällen kommen insbesondere Strahlen und Schleifen zum Einsatz, womit jeweils sehr gute Oberflächenwerte erreicht werden können.
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