Nachbearbeitungsverfahren zur Glättung von 3D-gedruckten Teilen: Schleifen, Sandstrahlen, Kugelstrah

Nachbearbeitungsmethoden zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit von 3D-gedruckten Teilen

Der Weg vom 3D-gedruckten Objekt zum fertigen Meisterwerk ist geprägt von sorgfältiger Nachbearbeitung. In diesem Artikel stellen wir die Nachbearbeitungstechniken vor, die für eine besonders glatte Oberfläche unerlässlich sind.

Die Nachbearbeitung umfasst verschiedene Techniken zur Oberflächenglättung von 3D-Drucken. Schleifen beispielsweise entfernt systematisch Schichtlinien und glättet das Bauteil perfekt. Sandstrahlen und Kugelstrahlen nutzen Hochgeschwindigkeitspartikel, um Oberflächen gleichmäßig zu texturieren, während die Teile in einer abrasiven Umgebung poliert werden und einen dezenten Glanz erhalten. Polieren verleiht 3D-Drucken zudem einen strahlenden Glanz.

Bei der Untersuchung von Oberflächenglättungstechniken werden wir Faktoren wie Materialeigenschaften, Bauteilkomplexität und den beabsichtigten Anwendungsbereich berücksichtigen.

Schleifen

Durch Schleifen lassen sich 3D-gedruckte Teile verfeinern. Es ist die Grundlage der Oberflächenbearbeitung und verwandelt eine raue, geschichtete Textur in eine glatte, lackierfertige Oberfläche. Dieser Abschnitt führt Sie durch den Schleifprozess und stellt Ihnen die Werkzeuge und Techniken für verschiedene Materialien vor.

Schleifwerkzeuge

● Schleifklotz : Unverzichtbar für eine gleichmäßige Druckverteilung, trägt er zu einem gleichmäßigen Finish bei.

● Schleifschwämme : Flexibel und anpassungsfähig an Kurven, perfekt für komplexe Geometrien.

● Schleifkasten : Hält Staub und Schmutz zurück und ermöglicht so einen saubereren und besser kontrollierbaren Schleifprozess.

● Schleifpapierrollen : Bieten kontinuierlichen Abrieb, ideal für größere oder mehrere Teile.

● Schleifbänder : In Kombination mit Bandschleifern ermöglichen sie einen schnellen Materialabtrag und eignen sich hervorragend für das erste Grobschleifen.

Grit Progression kann Folgendes enthalten:

1. Beginnen Sie mit Schleifpapier der Körnung 180, um die auffälligsten Unebenheiten zu entfernen.

2. Wechseln Sie zu einer Körnung von 400, um mit dem Glätten der Oberfläche zu beginnen.

3. Weiter mit 600er-Körnung für eine weitere Verfeinerung.

4. Verwenden Sie 800er-Körnung zur Vorbereitung auf höhere Oberflächengüten.

5. Mit Schleifpapier der Körnung 1000 lässt sich ein poliertes Aussehen erzielen.

6. Zum Schluss mit 2000er-Körnung schleifen, um eine ultra-glatte Oberfläche zu erhalten, die zum Lackieren oder zur Weiterverarbeitung bereit ist.

Hinweis: Durch das Schleifen können die Toleranzen Ihres Bauteils beeinträchtigt werden. Berücksichtigen Sie vor der Auswahl des Schleifpapiers die Toleranzen, die Komplexität des Bauteils und die Montagehinweise. Bei Bauteilen mit engen Toleranzen empfiehlt sich eine gröbere Körnung, da gröbere Körnung mehr Material abträgt.

Materialspezifische Techniken

● Kunststoffteile : Beginnen Sie mit gröberem Schleifpapier und arbeiten Sie sich schrittweise nach oben. Achten Sie darauf, das Teil nicht zu stark abzuschleifen und zu beschädigen.

● Metallteile (insbesondere Aluminium- und Edelstahlteile): Verwenden Sie Schmiermittel wie Seifenwasser, um ein Zusetzen des Schleifpapiers zu verhindern und eine glattere Oberfläche zu erzielen. Bei Verwendung von feinerem Schleifpapier sind Geduld und ein sanfter Druck erforderlich, um Kratzer zu vermeiden.

Schleiftipps

1. Schleifen Sie immer in kreisenden Bewegungen, um die Bildung von Rillen zu vermeiden.

2. Reinigen Sie das Teil regelmäßig, um den Fortschritt zu überprüfen und eine Ansammlung von Schmutz zu verhindern.

3. Tragen Sie Schutzausrüstung, um sich vor dem Einatmen von Feinstaub zu schützen.

Bildquelle: Ardec

Sandstrahlen

Sandstrahlen , auch bekannt als abrasives Strahlen , ist eine leistungsstarke Nachbearbeitungstechnik zur Glättung und Reinigung der Oberfläche von 3D-gedruckten Teilen. Bei diesem Verfahren wird Druckluft mit abrasiven Materialien vermischt, um unerwünschtes Material abzutragen, Oberflächenunebenheiten auszugleichen und eine gleichmäßige Oberfläche zu erzielen.

Sandstrahlverfahren

1. Vorbereitung: Stellen Sie sicher, dass das Teil sauber und frei von losen Teilen ist. Kleben Sie alle Bereiche ab, die nicht gestrahlt werden sollen.

2. Geräteeinrichtung: Wählen Sie das geeignete Schleifmittel entsprechend dem Material und der gewünschten Oberflächengüte. Stellen Sie den Anpressdruck entsprechend der Werkstücktoleranz ein.

3. Strahlen: Halten Sie die Düse in gleichmäßigem Abstand und Winkel zum Werkstück. Führen Sie gleichmäßige, sanfte Bewegungen aus, um die gesamte Oberfläche zu bearbeiten.

4. Prüfung: Prüfen Sie das Teil auf Gleichmäßigkeit und Vollständigkeit. Wiederholen Sie den Vorgang gegebenenfalls.

Sicherheitsüberlegungen

1. Tragen Sie stets Schutzausrüstung, einschließlich Handschuhen, Augenschutz und Atemschutzmaske.

2. Sorgen Sie für ausreichende Belüftung im Sprengbereich, um das Einatmen von Feinstaub zu vermeiden.

Mehr Wissen über das Sandstrahlen

Mobiles Sandstrahlen

Mobiles Sandstrahlen bezeichnet tragbare Sandstrahlgeräte, die direkt zum Werkstück gebracht werden können. Es eignet sich besonders für große oder fest installierte Teile, die nicht ohne Weiteres zu einem separaten Strahlbereich transportiert werden können. Mobile Sandstrahlanlagen ermöglichen Flexibilität bei der Nachbearbeitung und erlauben es den Bedienern, mit minimalem Einrichtungsaufwand vor Ort zu arbeiten.

Sandstrahlkabinen

Diese geschlossenen Einheiten sind so konstruiert, dass sie den Strahlprozess vollständig einschließen und eine kontrollierte Umgebung für kleinere Teile bieten. Sandstrahlkabinen tragen nicht nur zur Wiederverwertung des Strahlmittels bei, sondern schützen auch den Bediener vor Staub und Schmutz. Sie sind ein unverzichtbares Werkzeug für gleichmäßige und sichere Sandstrahlarbeiten.

Bildquelle: BigRep

Kugelstrahlen

Das Kugelstrahlen ist ein Oberflächenbearbeitungsverfahren zur Reinigung und Glättung von 3D-gedruckten Teilen. Im Gegensatz zum Sandstrahlen, das aggressiver sein kann, werden beim Kugelstrahlen feine Glasperlen verwendet, um die Oberfläche sanft zu bearbeiten. Das Ergebnis ist ein gleichmäßiges, seidenmattes oder mattes Finish, das ästhetisch ansprechend ist und aufgrund seines sanften Glanzes oft geschätzt wird.

Was ist Glasperlenstrahlen?

Beim Kugelstrahlen werden kleine Glasperlen mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche eines Werkstücks geschossen. Es eignet sich ideal für empfindliche Teile oder wenn eine besonders feine Oberfläche gewünscht ist. Das kugelgestrahlte Finish zeichnet sich durch eine saubere, glatte und gleichmäßige Oberfläche aus, die das Erscheinungsbild von Metall- und Kunststoffteilen verbessert. Es entfernt effektiv Oberflächenfehler und bereitet die Teile für nachfolgende Bearbeitungsprozesse wie Lackieren oder Eloxieren vor.

Kugelstrahlen vs. Sandstrahlen

Obwohl beide Verfahren die Oberflächengüte verbessern, wird das Kugelstrahlen oft bevorzugt, da es eine kontrolliertere und schonendere Oberfläche erzeugt. Sandstrahlen kann für bestimmte Materialien oder Anwendungen mitunter zu aggressiv sein, während Kugelstrahlen eine schonendere Alternative darstellt.

Größentabelle für Glasperlen

Die Größe der beim Kugelstrahlen verwendeten Glasperlen wird in Körnung gemessen. Verschiedene Korngrößen stehen zur Verfügung, um unterschiedliche Oberflächengüten zu erzielen. Eine Körnungstabelle hilft bei der Auswahl der passenden Perlengröße für das gewünschte Ergebnis. Kleinere Perlen ergeben eine feinere Oberfläche, während größere Perlen für einen stärkeren Materialabtrag oder zur Erzeugung einer bestimmten Textur verwendet werden.

Bildquelle: Vaniman Manufacturing Co.

Kugelstrahlverfahren

1. Vorbereitung: Reinigen Sie das Werkstück und stellen Sie sicher, dass es frei von Ölen und anderen Verunreinigungen ist. Kleben Sie alle Bereiche ab, die nicht gestrahlt werden sollen.

2. Auswahl der Schleifperlen: Wählen Sie anhand der Körnungstabelle die richtige Schleifperlengröße entsprechend dem gewünschten Finish.

3. Strahlen: Stellen Sie die Ausrüstung auf den richtigen Druck ein und strahlen Sie das Teil gleichmäßig, wobei Sie einen gleichbleibenden Abstand und Winkel einhalten.

4. Inspektion: Nach dem Strahlen ist das Teil auf Gleichmäßigkeit zu prüfen und sicherzustellen, dass alle Bereiche ausreichend behandelt wurden.

Sicherheitsmaßnahmen

1. Tragen Sie Schutzkleidung, Handschuhe und Augenschutz.

2. Verwenden Sie einen gut belüfteten Bereich oder eine Strahlkabine mit geeigneter Staubabsaugung.

Bildquelle: TBK Metal

Purzelbaum

Das Trommelpolieren ist ein Nachbearbeitungsverfahren, das sich durch seine Fähigkeit auszeichnet, eine Charge von Teilen mit minimalem manuellem Eingriff gleichmäßig zu bearbeiten. Bei diesem auch als Trommelpolieren bekannten Verfahren werden 3D-gedruckte Teile in eine mit Schleifmittel gefüllte Trommelpoliermaschine gegeben. Die Rotation der Maschine bewirkt, dass das Schleifmittel an den Teilen reibt und so deren Oberflächen glättet und poliert.

Trommelfinish

Die durch Trommelpolieren erzielte Oberflächengüte zeichnet sich durch eine gleichmäßige, flächendeckende Glätte aus, die mit anderen Verfahren oft schwer zu erreichen ist. Die Wahl des Poliermittels – von Keramikpellets bis hin zu Stahlstiften – beeinflusst den Abrasionsgrad und das endgültige Erscheinungsbild der Teile.

Trommelmetallteile

Insbesondere Metallteile profitieren erheblich vom Gleitschleifen. Das Verfahren glättet nicht nur raue Kanten, sondern entfernt auch Bearbeitungsspuren und bereitet Oberflächen für die Weiterverarbeitung oder Beschichtung vor. Gleitschleifen ist besonders vorteilhaft für Teile mit komplexen Strukturen oder schwer zugänglichen Bereichen, bei denen die manuelle Nachbearbeitung schwierig wäre.

Trommelprozess

1. Auswahl der Poliermittel: Wählen Sie je nach gewünschtem Finish die geeigneten Poliermittel aus. Berücksichtigen Sie dabei Faktoren wie Größe, Form und Material der Poliermittel.

2. Beladen des Trommelpolierers: Legen Sie die Teile und das Poliermittel in den Trommelpolierer. Stellen Sie sicher, dass ausreichend Material vorhanden ist, um eine optimale Bewegung zu gewährleisten.

3. Trommelzyklus: Stellen Sie die Maschine auf die richtige Geschwindigkeit und Dauer ein. Ein typischer Zyklus dauert einige Stunden bis mehrere Tage.

4. Reinigung nach dem Trommelvorgang: Sobald der Trommelzyklus abgeschlossen ist, trennen Sie die Teile vom Trommelmedium und reinigen Sie sie, um eventuelle Staub- oder Schmutzreste zu entfernen.

Vorteile des Purzelbaums

● Effizienz : Durch das Trommelpolieren können viele Teile gleichzeitig bearbeitet werden, was Zeit und Arbeitsaufwand spart.

● Gleichmäßigkeit : Sorgt für eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit aller Teile.

● Zugänglichkeit : Erreicht Spalten und andere schwer zugängliche Bereiche, die bei manuellen Methoden möglicherweise nicht erreicht werden.

Überlegungen

1. Materialverträglichkeit: Stellen Sie sicher, dass das Medium für das Bauteilmaterial geeignet ist, um Beschädigungen zu vermeiden.

2. Unversehrtheit der Teile: Empfindliche Teile erfordern möglicherweise eine Polsterung oder eine schonendere Trommelbewegung.

Bildquelle: Inovatec Machinery

Polieren

Bildquelle: Desktop Metal

Polieren dient dazu, eine spiegelglatte Oberfläche zu erzielen, die nicht nur optisch ansprechend ist, sondern auch die Anforderungen an die Oberflächenglätte erfüllt. Dieser Arbeitsschritt ist besonders wichtig, wenn die Oberflächenrauheit – also die Unebenheiten der Oberfläche – auf präzise Vorgaben minimiert werden muss. Im Folgenden erläutern wir die Bedeutung des Polierens und seinen Zusammenhang mit Oberflächenrauheitsparametern wie Ra, Rz, Rt und Rq.

Oberflächenrauheit verstehen

Die Oberflächenrauheit ist ein Maß für die Beschaffenheit einer Oberfläche und wird durch die Abweichungen des Normalenvektors einer realen Oberfläche von ihrer idealen Form quantifiziert. Sind diese Abweichungen groß, ist die Oberfläche rau; sind sie klein, ist die Oberfläche glatt.

Rauheitsparameter

● Ra (Rauheitsmittelwert) ist der arithmetische Mittelwert der Absolutwerte der Oberflächenhöhenabweichungen, gemessen von der mittleren Ebene.

● Rz (Durchschnittliche Maximalhöhe) ist der Mittelwert der einzelnen Höhen vom höchsten Gipfel bis zum tiefsten Tal über mehrere Abtastlängen.

● Rt (Gesamtrauhigkeit) ist die gesamte vertikale Distanz vom höchsten Gipfel zum tiefsten Tal innerhalb einer einzelnen Abtastlänge.

● Rq (Root Mean Square Roughness) ist die Quadratwurzel aus dem Mittelwert der quadrierten Werte der Oberflächenhöhenabweichungen.

Polierprozess

1. Vorbereitung: Beginnen Sie mit einem Teil, das zuvor geschliffen oder kugelgestrahlt wurde, um eine gleichmäßige Ausgangsoberfläche zu gewährleisten.

2. Auswahl der Polierwerkzeuge : Je nach Material und gewünschtem Finish verwenden Sie feinkörniges Polierpapier, Poliertücher oder spezielle Polierscheiben.

3. Anwendung von Polierpasten: Verwenden Sie geeignete Paste, die von Diamantpaste für harte Metalle bis hin zu Produkten auf Wachsbasis für Kunststoffe reichen kann.

4. Poliertechnik: Führen Sie sanfte, kreisende Bewegungen aus, um neue Kratzer zu vermeiden. Der Druck sollte gleichmäßig, aber je nach Material leicht bis mittel sein.

5. Messung der Oberflächenrauheit: Verwenden Sie ein Oberflächenrauheitsmessgerät, um den Ra-Wert nach dem Polieren zu messen und sicherzustellen, dass er den geforderten Spezifikationen entspricht.

Tipps für effektives Polieren

1. Schrittweises Vorgehen: Verwenden Sie zunächst gröbere, dann feinere Polierpasten, um die Oberfläche schrittweise zu verfeinern.

2. Sauberkeit: Halten Sie das Teil zwischen den Bearbeitungsschritten sauber, um eine Verunreinigung mit gröberen Partikeln zu vermeiden.

3. Geduld: Polieren ist ein zeitaufwändiger Prozess, der nicht überhastet durchgeführt werden sollte, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Ra-Oberflächenrauheitsdiagramm

Ein Ra-Oberflächenrauheitsdiagramm ist ein visuelles Hilfsmittel zum Vergleich der Oberflächengüte eines Bauteils mit standardisierten Rauheitsklassen. Es hilft festzustellen, ob der Polierprozess den gewünschten Glättegrad erreicht hat.

Bildquelle: Rapid Direct

Wählen Sie die richtige Technik basierend auf der endgültigen Anwendung

Unterschiedliche Anwendungsbereiche erfordern unterschiedliche Oberflächengüten. Teile für die Luft- und Raumfahrt müssen beispielsweise ein hohes Maß an Präzision und Glätte aufweisen, während bei Teilen für künstlerische Installationen die visuelle Wirkung im Vordergrund stehen kann.

Bei einem medizinischen Implantat werden strenge Anforderungen an die Oberflächenglätte gestellt, um Bakterienwachstum zu verhindern, während ein Prototyp möglicherweise nur eine einfache Oberflächenbearbeitung benötigt, um eine Idee zu vermitteln.

Wird das Teil mit anderen Teilen montiert, sind Passgenauigkeit und Toleranz entscheidend. Eine glattere Oberfläche gewährleistet eine engere Passung, während eine rauere Oberfläche für Teile geeignet sein kann, die verklebt werden müssen oder eingepresst werden sollen.

Die richtige Technik auswählen

● Schleifen ist ideal für Teile, die eine glatte Oberfläche erfordern, wobei nur minimaler Ausrüstungsaufwand nötig ist.

● Sandstrahlen eignet sich am besten für Teile, die eine gleichmäßige Oberfläche benötigen, ohne die Präzision des Polierens.

● Das Kugelstrahlen eignet sich für Teile, die von einer matten Oberfläche profitieren, wie z. B. solche, die Flecken entfernen, Fingerabdrücke verbergen oder Licht reflektieren.

● Das Trommelpolieren eignet sich gut für die Massenbearbeitung von Metallteilen, bei denen Gleichmäßigkeit entscheidend ist.

● Das Polieren ist Teilen vorbehalten, die eine hochglänzende Oberfläche erfordern oder strengen Glätteanforderungen genügen müssen.

Auswahlkriterien

● Materialart : Das Material des Bauteils beeinflusst dessen Kompatibilität mit bestimmten Nachbearbeitungsmethoden.

● Geometrische Komplexität : Aufwendige Designs erfordern unter Umständen feinere Verarbeitungstechniken.

● Zeit und Kosten : Manche Methoden sind zeitaufwändiger oder kostspieliger als andere, was die Durchführbarkeit einer Massenproduktion beeinträchtigt.