FAQ

1. Allgemeine Fragen

Additive Fertigung oder auch 3D-Druck, beschreibt die Produktion eines dreidimensionalen Gegenstandes von einem digitalen 3D-CAD Modell. Als der 3D-Druck Anfang der 1980er Jahre entwickelt wurde, diente er ausschließlich der Fertigung von Prototypen. Deshalb wurde der 3D-Druck anfangs auch als „Rapid Prototyping“ bezeichnet.

Weil der 3D-Druck die Entwicklungszeit für ein Prototyp-Produkt von mehreren Wochen auf wenige Tage, bisweilen sogar auf Stunden, verringerte, etablierte sich diese Technologie sehr schnell.

Ursprünglich wurde der 3D-Druck nur für Materialen aus Kunststoff verwendet. Die Technologie entwickelte sich jedoch rasch weiter, sodass Mitte der 1990er Jahre durch Sintern oder Schmelzen auch Komponenten aus unterschiedlichen Metallen erzeugt werden konnten. Da solche Produkte generell durch den automatischen Aufbau einzelner Materialschichten erzeugt werden, entstand der Begriff „Additive Fertigung“. Heute haben 3D-Druck und additive Fertigung dieselbe Bedeutung.

3D Druckverfahren werden heute immer noch zur Erzeugung von Prototypen verwendet. Aber seit einigen Jahren dienen sie auch zur Herstellung von Standardprodukten in kleinen Serien. Da der 3D-Druck so gut wie keine Rüstzeiten erfordert und die schnelle Herstellung von kleinen Stückzahlen erlaubt, wird die additive Fertigung zunehmend als eine „just-in-time“ Herstellungsmethode eingesetzt. Anders ausgedrückt, sie erlaubt die Produktion eines Werkstückes genau zu der Zeit, in der das Werkstück für den Produktionsprozess benötigt wird. In Anbetracht der rapiden Entwicklung dieser Fertigungsmethode wird die additive Fertigung zukünftig mit Sicherheit auch für die Fertigung großer Serien von Standardprodukten eingesetzt werden.

Neben den Vorteilen der schnellen Erzeugung von Prototypen und der „just-in-time“ Herstellung bietet die additive Fertigungsmethode noch einen weiteren wesentlichen technischen Vorteil: Sie ermöglicht die Schaffung extrem komplexer Geometrien, die mit Gießen, Schmieden, usw. undenkbar wären. Dies hilft nicht nur, die Anzahl an Einzelkomponenten in einem Produkt zu verringern, sondern erlaubt auch Gewichtsreduzierungen. Ein gutes Beispiel ist die Kraftstoff- Einspritzdüse des LEAP Flugzeugtriebwerkes von GE. Die 3D-Drucktechnologie ermöglichte, die Anzahl der Einzelkomponenten von 20 auf eine Einzige zu verringern und gleichzeitig das Gewicht um 25 % zu senken.

Heute wird eine Vielzahl an unterschiedlichen 3D-Druckverfahren im Markt angeboten. Alle diese Herstellungsmethoden haben jedoch ein gemeinsames technisches Merkmal: Sie erzeugen Einzelteile bzw. Komponenten, indem das jeweilige Material, Kunststoff oder Metall, schichtweise aufgetragen wird.

Der große Unterschied besteht jedoch darin, wie diese einzelnen Materialschichten erzeugt werden:
Im Kunststoffbereich gibt es 3D-Druckverfahren, die ein Flüssigharz als Grundmaterial verwenden. Andere wiederum verwenden extrudierte Filamente (Fäden) aus thermoplastischen Materialien, bzw. ein Bett aus Kunststoffpulver. In allen Verfahren werden die verschiedenen Kunststofftypen zur Erzeugung einer Materialschicht mittels Hitze verflüssigt, beispielsweise durch einen Laserstrahl, um dann schnell auszuhärten. Dieser Prozess wird Schicht-auf-Schicht wiederholt, bis das Produkt fertiggestellt ist.

Beim 3D-Druck von Metallkomponenten wird meist ein Pulverbett aus dem jeweiligen Metall eingesetzt. Aber hochwertige Metalldrähte, beispielsweise aus 1.4401 Edelstahl, werden ebenfalls verwendet. 3D gedruckte Metallteile entstehen ebenfalls durch das schichtweise Auftragen von Material, entweder durch Verschmelzen, Sintern oder Binder Jetting. Sobald eine Schicht ausgehärtet ist, wird die nächste aufgetragen.

Die folgende Tabelle vermittelt eine Überblick über die verschiedenen 3D-Druckverfahren, die zurzeit im Markt angeboten werden:

MaterialDruckverfahren
KunststoffHarzPolyjet – Funktioniert wie ein Tintenstrahldrucker. Aber anstelle von Tinte versprühen die Polyjet Drucker zur Erzeugung der einzelnen Materialschichten kleine Tropfen aus verflüssigtem Kunststoff.
DLP – Digital Light Processing: Diese 3D Druckmethode verwendet eine Lichtquelle - einen digitalen Lichtprojektor – um das flüssige Photopolymer Harz auszuhärten.
SLA oder Stereolithographie: Der Vorläufer des DLP Verfahrens. Bei der SLA Methode härtet ein Laserstrahl punktweise das flüssige Harz aus. SLA Systeme sind erheblich langsamer als DLP Systeme.
CLIP – Continuous Liquid Interface Production: Ein photochemischer Prozess verwendet Licht und Sauerstoff, um aus einem mit Harz gefüllten Behälter ein Teil zu erzeugen. Dabei wird das flüssige Harz mittels UV-Licht ausgehärtet.
FilamentFDM – Fused Deposition Modeling: Ein Plastikfaden wird durch eine Düse extrudiert und verschmolzen. Auf diese Weise wird eine Komponente schichtweise auf einer Grundplatte („build platform“) erzeugt.
FFF – Identisch mit der FDM Methode
PulverHP MJF – Multi Jet Fusion: Die MJF Methode versprüht gezielt ein Verschmelz-Mittel auf ein Bett von Nylonpulver. Eine Materialschicht nach der anderen wird aufgetragen, wobei die Vorschicht sich immer noch in einem verschmolzenen Zustand befindet. Dadurch entsteht eine sehr enge Verbindung der einzelnen Schichten.
SLS – Selective Laser Sintering: Ein Laserstrahl verschmilzt eine Schicht von Kunststoffpulver in eine feste Konstruktion.
GranulatLFAM – Large Format Additive Manufacturing: Diese Druckmethode wird zur Erstellung sehr großer Werkstücke verwendet. Eine an einer Portalanlage oder einem Roboter montierte Extrudieranlage verteilt Kunststoffgranulat auf einer Montageplatte.
MetallPulverSLM – Selective Laser Melting / DMLS – Direct Metal Laser Sintering / DMLM – Direct Metal Laser Melting: Ein Laserstrahl verschmilzt Metallpulver. Auf diese Weise wird eine Metallschicht nach der anderen aufgebaut.
EBM – Electron Beam Melting: Anstelle eines Laserstrahles wird ein leistungsstarker Elektronenstrahl als Hitzequelle zum Schmelzen des Metallpulvers verwendet. Dabei verbinden sich die einzelnen Schichten an geschmolzenem Material.
Binder Jetting: Ein flüssiges Bindemittel verbindet die einzelnen Pulverpartikel. Die so entstandenen Rohteile werden dann gehärtet und anschließend in einem Ofen bei hoher Temperatur gesintert.
DrahtFDM/FFF – Fused Deposition Modeling: Dieses Verfahren wird neben Kunststoff auch für spezielle Metalle eingesetzt, zum Beispiel für Ultrafuse 1.4401 Edelstahl. Die Werkstücke werden mit einem Anteil von 90 % Metall und 10 % Polymerfaden gedruckt. Die so entstandenen Rohteile werden anschließend gesintert, wobei das Polymerbindemittel komplett ausgebrannt wird.

Noch ist die additive Fertigung kein Verfahren zur Massenproduktion von Standardkomponenten! Für die Herstellung von Prototypen und die Kleinserienproduktion bietet die additive Fertigung jedoch zahlreiche Vorteile:

  • Geschwindigkeit - Dies trifft sowohl für die Herstellung von Prototypen als auch die Kleinserienproduktion zu. Um das Teil physisch herzustellen, muss lediglich ein CAD Modell zum Drucker gesandt werden. Dies nimmt in der Regel nur wenige Stunden in Anspruch. Auf diese Weise kann das Produktdesign innerhalb kürzester Zeit optimiert und getestet werden.
  • Gezielte Anpassung – Produkte können einfach angepasst werden. Beispielsweise in der Zahntechnik können Zahnspangen genau passend für die Zähne eines Patienten hergestellt werden. Oder mittels der CT Scan-to-CAD Technologie können CT Scans von Schädelplatten direkt in CAD Modelle umgesetzt und zu einem 3D-Drucker gesandt werden, der sodann eine genau auf den jeweiligen Patienten zugeschnittene Schädelplatte erstellt.
  • Designfreiheit – Der 3D-Druck erlaubt die Erstellung von komplexen Werkstückkonstruktionen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht möglich sind (bionische Strukturen, Auswölbungen, Hinterschneidungen). Dies hilft nicht nur, die Anzahl an Einzelkomponenten zu verkleinern, sondern auch Gewichtsreduzierungen zu erzielen, beispielsweise durch topologische Optimierung. Hierzu gibt es eindrucksvolle Beispiele aus dem Bereich Flugzeugtriebwerke.
  • Just-in-time Produktion – 3D-Druck ist ein einstufiges Herstellungsverfahren. Deshalb erfordert es keine Lagerhaltung für Zwischenprodukte sondern erlaubt die Erzeugung eines Produktes genau dann, wenn es im Produktionsprozess gebraucht wird. Ein gutes Beispiel ist die zeitgenaue Herstellung von Sonderersatzteilen.
  • Materialeinsparungen / Verhinderung von Abfall – Sogenannte subtraktive Herstellungsmethoden wie Fräsen, Bohren usw., erzeugen relativ große Mengen an Abfall. Die additive Fertigung verwendet nur die Materialmenge, die für die Herstellung einer Komponente erforderlich ist. Das Überschussmaterial wie Stützkonstruktionen und Restpulver werden 100 % wieder verwendet.
  • Niedrige Kosten – Zur Herstellung von Prototypen und kleinen Produktionsserien (beispielsweise von Sonderkonstruktionen), ist der 3D-Druck extrem wirtschaftlich und schlägt sowohl die herkömmliche Herstellung von Prototypen als auch traditionelle Fertigungsverfahren um Längen.
  • Vermindertes Risiko – Der 3D-Druck erlaubt eine einfache und schnelle Überprüfung eines Prototyps, bevor teure Produktionseinrichtungen beschafft werden müssen. Dadurch wird das Risiko der Produktion eines fehlerhaften Produktes und finanzieller Verluste praktisch eliminiert.
  • Funktionale Integration – Die Integration vieler Produktfunktionen kann schon während der Designphase vorgenommen werden. Dies kann dazu beitragen, die Anzahl an Komponenten in einem Produkt erheblich zu verringern.

Während es anfangs nur möglich war, Kunststoff zu verwenden, können heutzutage nahezu alle Materialien eingesetzt werden.

Eine große Anzahl an Kunststoffmaterialien ist für den 3D-Druck geeignet:

  • Flüssiges Harz: Zum Beispiel Epoxid und Acrylat
  • Filamente (Fäden): Allgemein thermoplastische Werkstoffe, beispielsweise PLA, ABS, PEI, PPSU, PETG und ESD PEKK
  • Pulver: Pulverförmige Thermoplaste, beispielsweise Polyamid (Nylon), PC und PEI
  • Granulat: Kohlefaser, Glasfaser oder durch Mineralien verstärkte Harze wie ABS, PC, PEI und PPS

Wahrscheinlich das am schnellsten wachsende Segment im Bereich additive Fertigung ist die Verwendung von metallischen Werkstoffen. Folgende Materialien können eingesetzt werden:

  • Aluminium (beispielsweise AlSi10Mg, AlF357)
  • Titan Legierungen (beispielsweiseTi64ELI)
  • Inconel ( IN718, e.g. IN625)
  • Kobalt-Chrom
  • Kohlenstoffstahl und Edelstahl (beispielsweise 1.4401, 17-4 PH)
  • Martensitischer Stahl
  • Edelmetalle (beispielsweise Gold, Silber, Platin)

Heute ist es sogar möglich, keramische Produkte, z.B. Wandfliesen, mit 3D-Druckverfahren herzustellen. Als Rohmaterial dient hierzu ein Keramikpulver, das aus Tonerde und Siliziumdioxid besteht. Nach dem Druckvorgang müssen die Rohprodukte in einem Ofen bei hoher Temperatur gebrannt werden.

Ein weiterer, schnell wachsender Markt ist die Verknüpfung verschiedener Rohstoffe. So kann beispielsweise ein PLA Thermoplast Kunststoff mit Kork und Sägemehl angereichert werden, um ein Produkt zu erzeugen, das aussieht und sich anfühlt wie Holz.

Es kommen ständig Varianten bereits bestehender sowie neue Materialien auf den Markt. Aus diesem Grunde ist obige Liste mit Sicherheit nicht komplett. Sie bietet jedoch einen guten Überblick über die bereits heute für die additive Fertigung verwendeten Rohstoffe.

Der 3D-Druck wurde bei seiner Markteinführung ausschließlich für die Entwicklung von Prototypen in Industriezweigen eingesetzt, die Konsumgüter und Industriegüter produzieren. Das Hauptziel war, die Entwicklungszeiten und -kosten für neue Produkte zu senken, die bis zu diesem Zeitpunkt nur mit subtraktiven Herstellungsverfahren wie CNC Fräsen, Bohren und Präzisionsschleifen hergestellt werden konnten. Die Entwicklung von Prototypen ist heute zwar immer noch die Hauptanwendung für den 3D-Druck. Aber inzwischen hat sich dieser zu einem Verfahren zur Herstellung von Kleinserien maßgeschneiderter Komponenten weiterentwickelt.

Wegen ihrer zahlreichen technischen und wirtschaftlichen Vorteile (beschleunigte Produktentwicklung, erheblich größere Freiheit beim Produktdesign, einfachere Anpassung an Kundenwünsche, die Schaffung komplexer Geometrien, drastisch verringerte Lieferzeiten,...) wird die additive Fertigung in zunehmendem Maße in folgenden Industriezweigen eingesetzt:

  • Automobilindustrie
    • 3D-gedruckte Sonderprodukte wie spezielle Autositze - Werkzeuge – Mit 3D-Druckverfahren können viele Werkzeuge im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden zu einem Bruchteil der Kosten hergestellt werden.
    • Sonderfertigung von Ersatzteilen, beispielsweise für Oldtimer
    • Serienfertigung von Standardkomponenten. Dies trifft besonders auf Luxusautos zu, die in relativ kleinen Serien produziert werden.
  • Luftfahrt
    • Kraftstoff- Einspritzdüse für das GE LEAP Flugzeugtriebwerk. Die Anzahl der Komponenten in diesem Produkt konnte durch die additive Fertigung von 20 auf eine (!) verringert werden.
    • Teile für die Flugzeugkabine, beispielsweise Wandpaneele, spezielle Gitterkonstruktionen, Distanzhalter usw.
    • 3D-gedruckte Antennen
    • Werkzeuge
    • Sonderfertigung von Ersatzteilen
  • Medizin- und Zahntechnik
    • 3D-Druck von auf einzelne Patienten zugeschnittene Bein-, Arm- und Handprothesen
    • Implantate für die rekonstruktive Chirurgie, beispielsweise Schädelplatten
    • Künstliche Hüft- und Kniegelenke
    • Formen für Zahnspangen
    • Zahnkronen und -brücken
  • Industriegüter
    • Schnelle Produktion von Werkzeugen
    • Kugel- und Rollenlager, Wärmeaustauscher, Halterungen....
    • Schnelle Herstellung von Sonderersatzteilen
  • Konsumgüter
    • Brillengestelle
    • Thermoplastik- Sohlen für Sportschuhe
    • Sondergriffe für Rasierapparate
    • Modeschmuck
  • Hochbau
    • Druck maßstabsgerechter Modelle von Gebäuden
  • Musikinstrumente
    • Druck kompletter Instrumente, z.B. Saxophone
  • Weitere Industriezweige
    • Handfeuerwaffen, Werkzeugindustrie, Robotertechnik, Sensoren und Stellglieder usw.

Die additive Fertigung erlaubt erheblich mehr als nur die Erstellung von Prototypen. Sie wird allgemein für die Herstellung individualisierter Komponenten verwendet, z.B. Zahnspangen oder Implantate für die rekonstruktive Chirurgie. Sie wird aber auch immer häufiger für die Produktion kleiner Serien an Standardprodukten eingesetzt, so zum Beispiel in Flugzeugtriebwerken und Flugzeugrümpfen.

Mit wachsender Druckgeschwindigkeit der 3D-Drucker und einer stetig wachsenden Materialpalette steht die additive Fertigung kurz davor, eine Fertigungsmethode für die Serienfertigung von Standardkomponenten zu werden. Stückzahlen von bis zu 100.000 Teilen pro Jahr sind durchaus denkbar.

Unmittelbar nach dem Druck sind 3D-gedruckte Komponenten meist noch mit erheblichen Mängeln behaftet. Zu deren Beseitigung müssen die aus dem Drucker kommenden Rohteile intensiv nachbehandelt werden. Folgende Nachbehandlungsschritte sind in der Regel erforderlich:

  • Additiv gefertigte Werkstücke werden Schicht für Schicht auf einer Grundplatte erzeugt. Die erste Schicht ist fest mit dieser Grundplatte verbunden. Deshalb muss das Werkstück nach Fertigstellung von dieser Grundplatte getrennt werden. Insbesondere bei metallischen Komponenten ist diese Trennung relativ schwierig, weil Grundplatte und Komponente praktisch miteinander verschweißt sind.
  • Für den Druck von komplexen Werkstücken mit Überhängen sind Stützkonstruktionen erforderlich, die das Werkstück während des Druckprozesses abstützen, damit es nicht in sich zusammensackt. Wenn der Druck abgeschlossen ist, müssen diese Stützkonstruktionen von dem Teil getrennt werden.
  • Beim Druck mit Pulver aus Kunststoff und Metall mit den Drucksystemen MJF, SLS, SLM, DMLS oder EBM ist die Oberfläche der fertigen Komponenten in der Regel mit Restpulver behaftet. Häufig ist das Pulver mit der Oberfläche sogar fest verbunden (angesintert). Dieses lose und angesinterte Pulver muss komplett entfernt werden.
  • Je nachdem, welche Druckmethode und welches Material verwendet wird, kann die Oberfläche der aus dem Drucker kommenden Rohprodukte eine extrem hohe Ausgangsrauhigkeit ausweisen. Werte von Ra = 25 µm sind nicht außergewöhnlich. Im Vergleich hierzu haben Guss- und Schmiedeteile in der Regel eine Ausgangsrauhigkeit von "nur" Ra = 3 – 8 µm. Häufig erzeugt der Schicht-auf-Schicht Aufbau auch einen sogenannten "Treppeneffekt" (stair stepping), der die Oberflächenrauhigkeit noch weiter erhöht. Für die weitere Verarbeitung, bzw. den Gebrauch der Komponenten, ist eine so raue Oberfläche absolut ungeeignet und muss deshalb unbedingt geglättet werden!
  • Bisweilen müssen 3D gedruckte Teile, zum Beispiel Konsumgüter, mit speziellen Farben eingefärbt werden.

Die Nachbehandlung der 3D-gedruckten Rohteile bezeichnet man allgemein als "Post Processing".

"Post Processing" erfordert generell folgende Schritte:

  • Auspacken
    Trennung der 3D-gedruckten Komponenten von der Grundplatte. Für Metallteile kann dies die Verwendung einer Bandsäge oder einen Drahterodierprozess erfordern. Für Kunststoffteile ist häufig ein Spachtelmesser ausreichend.
    Nach dem Auspacken muss auf der Grundplatte verbliebenes Restmaterial entfernt werden, damit diese wieder für den nächsten Druckprozess verwendet werden kann.
  • Entfernung von Stützkonstruktionen
    Nach Abschluss des Druckvorganges müssen eventuell erforderliche Stützkonstruktionen von dem gedruckten Werkstück getrennt werden, ohne dieses zu beschädigen. Im Falle von Kunststoffteilen kann dies chemisch, mechanisch oder mit einer Kombination der beiden Verfahren erfolgen. Bei gedruckten Metallteilen werden die Stützen elektro-chemisch, mechanisch, oder mit einer Kombination dieser Methoden, entfernt.
  • Entfernung von Restpulver
    Dies ist nur bei Verfahren erforderlich, die Pulver als Rohmaterial erfordern. Zum Beispiel MJF, SLS, SLM, DMLS und EBM.
    Häufig kann das Pulver einfach mit Druckluft abgeblasen werden. Wenn das Pulver jedoch angesintert ist, müssen aggressivere Reinigungsmethoden eingesetzt werden, beispielsweise Strahlen oder Gleitschleifen.
  • Glätten, Poliereng
    Glätten und Polieren sind zum Teil recht schwierige Aufgaben. Insbesondere bei Werkstücken, die eine Glättung von ursprünglich Ra = 25 µm auf Ra = 0,1 µm erfordern. Solche schwierigen Glättungs- und Polieraufgaben erfordern häufig mehrstufige Bearbeitungsverfahren. So werden beispielsweise Werkstücke in einer Strahlmaschine vorgeglättet, um anschließend in einer Gleitschliffmaschine feingeschliffen und poliert zu werden.
  • Einfärben von 3D-gedruckten Komponenten mit speziellen Farben
    Das Einfärben additiv gefertigter Teile erfordert einen speziellen Prozess, der eine große Farbauswahl bietet, wasserbeständig und verschleißfest ist, sowie die Farben nicht verblassen lässt.

Die kurze Antwort lautet NEIN! Die anzuwendenden Nachbearbeitungsverfahren müssen auf das verwendete Drucksystem, das eingesetzte Material und das gedruckte Produkt abgestimmt werden.

Einige Nachbearbeitungsverfahren können häufig für mehr als eine Aufgabe verwendet werden. So lässt sich beispielsweise die Strahltechnik sowohl für die Pulverentfernung als auch das Vorglätten von extrem rauen Oberflächen einsetzen. Bisweilen ist die Strahltechnik auch für gewisse Auspackarbeiten geeignet. Aber die Verwendbarkeit der Strahltechnik hängt immer von dem Zustand der gedruckten Rohprodukte, der Druckmethode und dem eingesetzten Material ab. Bisweilen eignet sich die Gleitschlifftechnik für das Entpulvern und Entfernen von einfachen Stützkonstruktionen. Aber die Stärken des Gleitschleifens liegen vorwiegend im Entgraten/Kantenverrunden, Glätten und Polieren.

Zur Bestimmung des besten Nachbearbeitungsverfahrens oder besser ausgedrückt, der richtigen Kombination an Verfahren, sind in der Regel umfangreiche Bearbeitungsversuche erforderlich. Bisweilen muss sogar das ursprüngliche Produktdesign und die ausgewählte Drucktechnik überprüft werden. So kann, zum Beispiel, eine geringe Änderung des Produktdesigns dazu beizutragen, den Bedarf für Stützkonstruktionen zu minimieren. Oder die Auswahl einer anderen Druckmethode kann die Oberflächenrauhigkeit der gedruckten Rohteile erheblich verringern.

Aus diesen Gründen müsste obige Frage vielleicht umformuliert werden:
Was ist die effektivste und wirtschaftlichste Kombination an Nachbearbeitungsverfahren für eine bestimmte 3D gedruckte Komponente oder eine Gruppe an Komponenten?

Strahlen und Gleitschleifen sind die vielfältigsten Verfahren zur Bearbeitung und Verbesserung der Oberfläche von additiv gefertigten Werkstücken. Beide spielen bei zahlreichen Nachbearbeitungsaufgaben eine Schlüsselrolle. Ihr Anwendungsspektrum reicht vom Auspacken/Entpulvern bis zur Hochglanzpolitur.

Das Strahlen ist ein Verfahren, das für die Reinigung und das Homogenisieren von Oberflächen sowie die Vorbereitung von Oberflächen zum Beschichten und Lackieren verwendet wird. Eine spezielle Form des Strahlens wird für die Oberflächenverfestigung („Kugelstrahlen“) eingesetzt. Dabei wird eine Druckeigenspannung in die Werkstückoberfläche eingebracht, die aufgrund veränderter mechanischen Eigenschaften die Verschleißfestigkeit eines Werkstückes verbessert.

In Verbindung mit der additiven Fertigung wird das Strahlen auch zum Vorglätten von Teilen mit einer sehr hohen Ausgangsrauhigkeit eingesetzt.

Konkret wird die Strahltechnik für folgende Nachbearbeitungsarbeiten verwendet:

  • Entpulvern/Reinigen:
    Nachdem sie von der Grundplatte getrennt sind, können Werkstücke, die mit den pulverbasierten Druckmethoden SLS, Multi Jet Fusion, SLM, DMLS oder EBM mit losem oder angesintertem Restpulver behaftet sein. Das Strahlen ist ein hervorragendes Verfahren zur kompletten Entfernung dieser Pulverreste.
  • Homogenisieren von Oberflächen:
    Das Strahlen erzeugt homogene Oberflächen mit einem isotropischen Erscheinungsbild. Dies kann aus funktionalen Gründen, aber auch für rein kosmetische Zwecke, erforderlich sein.
  • Vorglätten von Oberflächen:
    Wenn die aus dem Drucker kommenden Teile eine sehr hohe Oberflächenrauhigkeit aufweisen, ist das Strahlen eine effektive Methode, die Werkstücke vorzuglätten. Mit relativ feinkörnigen Strahlmitteln können Rauhigkeitswerte von Ra = 0,5 bis 0,8 µm erreicht werden. Für die weitere Verbesserung dieser Werte, zum Beispiel für eine Hochglanzpolitur, sind weitere Bearbeitungsschritte mit der Gleitschlifftechnik erforderlich.
  • Vorbereitung für das Beschichten und Lackieren:
    Um eine gute Verbindung zwischen dem Substrat und dem Beschichtungsmaterial zu erzielen, muss die Oberfläche leicht angeraut werden und absolut sauber sein. Die Strahltechnik ist ein hervorragendes Instrument zum Anrauen und Reinigen der Werkstückoberflächen.

Das Gleitschleifen ist ein universell einsetzbares Verfahren zum Entgraten/Kantenverrunden und Reinigen (z.B. Entfetten und Entölen) sowie zum Schleifen, Glätten und Hochglanzpolieren von additiv gefertigten Werkstücken. Die Gleitschlifftechnik kann für alle Arten von Werkstücken, völlig unabhängig von ihrer Form, Größe und Material, angewandt werden.

Mit dem Gleitschleifen können nicht nur externe Oberflächen sondern auch interne Werkstückbereiche, wie Hinterschneidungen, Bohrungen usw., hervorragend bearbeitet werden.

Konkret wird die Gleitschlifftechnik für folgende Nachbearbeitungsarbeiten verwendet:

  • Reinigen:
    Nach dem Druck müssen additiv gefertigte Teile häufig maschinell bearbeitet werden. Dies hinterlässt Reste von Kühlschmierstoffen und Öl auf der Werkstückoberfläche. Das Gleitschleifen entfernt alle diese Verunreinigungen und hinterlässt eine absolut saubere Oberfläche.
  • Entgraten/Kantenverrunden:
    Der Druckprozess oder die anschließende maschinelle Bearbeitung kann Grate und scharfe Kanten hinterlassen. Mit der Gleitschlifftechnik werden solche Grate nicht nur komplett entfernt. Zusätzlich können die Werkstückkanten mit einem genau definierten Radius versehen werden.
  • Glättung von Oberflächen:
    Aus funktionalen oder kosmetischen Gründen muss die Werkstückoberfläche häufig extrem glatt sein. Bisweilen ist sogar eine Hochglanzpolitur erforderlich. Mit dem Gleitschleifen kann die Oberflächenrauhigkeit 3D-gedruckter Teile mit einem Ausgangswert von Ra = 25 auf Ra < 1,0 µm geglättet werden. Je nach der Materialhärte – Kobalt-Chrom oder Titan sind beispielsweise härter als Aluminium – kann hierfür ein mehrstufiger Behandlungsprozess erforderlich sein.
  • Hochglanzpolieren
    Mit besonderen Poliermedien kann eine Hochglanzpolitur mit Rauhigkeitswerten von Ra < 0,01 µm erreicht werden.

Auf jeden Fall! Die Berücksichtigung aller Nachbearbeitungsaspekte während der Designphase hilft nicht nur, die Funktionalität einer Komponente zu optimieren, sondern verbessert auch die Wirtschaftlichkeit des 3D-Druckes. Die Betrachtung der gesamten Prozesskette ist eine unabdingbare Bedingung für den Erfolg eines additiv gefertigten Produktes.

Beispielsweise sollten eventuell erforderliche Stützkonstruktionen bereits während der Produktentwicklung bedacht werden, damit deren Anzahl und Wandstärke so klein wie möglich gehalten werden kann. Ein Designer muss ebenfalls versuchen, die Stützkonstruktionen aus einem Material zu fertigen, das ihre Entfernung erleichtert. Und vielleicht ist es sogar möglich, ein Druckverfahren einzusetzen, das keine Stützkonstruktionen erfordert.

Das Oberflächenfinish muss ebenfalls bereits während der Designphase in Betracht gezogen werden. Wenn eine 3D-gedruckte Komponente eine Hochglanzpolitur mit einer extrem glatten Oberfläche erfordert, lohnt es sich, ein Druckverfahren auszuwählen, das generell geringere Rauhigkeitswerte erzeugt. So produziert beispielsweise das Metall Binder Jetting im Vergleich zu Laser Sinter- oder Schmelzmethoden Rohteile mit erheblich glatteren Oberflächen. Binder Jetting bietet den zusätzlichen Vorteil, dass es keine Stützkonstruktionen erfordert.

Mechanische Eigenschaften sowie Maßhaltigkeit sind ebenfalls Faktoren, die während der Designphase in Betracht gezogen werden müssen. So bietet beispielsweise das Binder Jetting im Vergleich zu anderen Druckverfahren generell eine geringere mechanische Stabilität. Weiterhin können mit dieser Druckmethode keine geometrisch komplexen Teile gefertigt werden, die eine hohe Maßhaltigkeit erfordern. Dadurch können sich Probleme bei der Nachbearbeitung ergeben. Das Laser Schmelzverfahren (SLM, EBM) wiederum generiert Teile mit einer sehr hohen Materialdichte und deshalb einer hohen Belastbarkeit. Aber mit diesem Verfahren können andererseits Probleme bei der Oberflächenbearbeitung entstehen.

Diese wenigen Beispiele zeigen, wie wichtig es ist, das Druckverfahren und alle Nachbearbeitungsaspekte bei der Entwicklung eines Produktes zu berücksichtigen. Nur eine CAD Zeichnung zu erstellen und diese an den Drucker zu senden, ist bei weitem nicht ausreichend. Eine solche „oberflächliche“ Vorgehensweise kann die Eigenschaften eines additiv gefertigten Produktes erheblich beeinträchtigen und unnötige Kostensteigerungen verursachen.