FAQ

Haben Sie noch Fragen? Wir haben die Antworten!

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 fĂŒr ein Prototyp-Produkt von mehreren Wochen auf wenige Tage, bisweilen sogar auf Stunden, verringerte, etablierte sich diese Technologie sehr schnell.

UrsprĂŒnglich wurde der 3D-Druck nur fĂŒr 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 RĂŒstzeiten erfordert und die schnelle Herstellung von kleinen StĂŒckzahlen erlaubt, wird die additive Fertigung zunehmend als eine „just-in-time“ Herstellungsmethode eingesetzt. Anders ausgedrĂŒckt, sie erlaubt die Produktion eines WerkstĂŒckes genau zu der Zeit, in der das WerkstĂŒck fĂŒr den Produktionsprozess benötigt wird. In Anbetracht der rapiden Entwicklung dieser Fertigungsmethode wird die additive Fertigung zukĂŒnftig mit Sicherheit auch fĂŒr 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 wĂ€ren. Dies hilft nicht nur, die Anzahl an Einzelkomponenten in einem Produkt zu verringern, sondern erlaubt auch Gewichtsreduzierungen. Ein gutes Beispiel ist die Kraftstoff- EinspritzdĂŒse 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 FlĂŒssigharz als Grundmaterial verwenden. Andere wiederum verwenden extrudierte Filamente (FĂ€den) aus thermoplastischen Materialien, bzw. ein Bett aus Kunststoffpulver. In allen Verfahren werden die verschiedenen Kunststofftypen zur Erzeugung einer Materialschicht mittels Hitze verflĂŒssigt, beispielsweise durch einen Laserstrahl, um dann schnell auszuhĂ€rten. 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 MetalldrÀhte, 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 ausgehÀrtet ist, wird die nÀchste aufgetragen.

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

Kunststoff/Harz

  • Polyjet - Funktioniert wie ein Tintenstrahldrucker. Aber anstelle von Tinte versprĂŒhen die Polyjet Drucker zur Erzeugung der einzelnen Materialschichten kleine Tropfen aus verflĂŒssigtem Kunststoff.
  • DLP - Digital Light Processing: Diese 3D Druckmethode verwendet eine Lichtquelle - einen digitalen Lichtprojektor – um das flĂŒssige Photopolymer Harz auszuhĂ€rten.
  • SLA oder Stereolithographie: Der VorlĂ€ufer des DLP Verfahrens. Bei der SLA Methode hĂ€rtet ein Laserstrahl punktweise das flĂŒssige 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 gefĂŒllten BehĂ€lter ein Teil zu erzeugen. Dabei wird das flĂŒssige Harz mittels UV-Licht ausgehĂ€rtet.

Kunststoff/Filament

  • FDM - Fused Deposition Modeling: Ein Plastikfaden wird durch eine DĂŒse extrudiert und verschmolzen. Auf diese Weise wird eine Komponente schichtweise auf einer Grundplatte („build platform“) erzeugt.
  • FFF - Identisch mit der FDM Methode

Kunststoff/Pulver

  • HP MJF - Multi Jet Fusion: Die MJF Methode versprĂŒht 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.

Kunststoff/Granulat

  • LFAM - Large Format Additive Manufacturing: Diese Druckmethode wird zur Erstellung sehr großer WerkstĂŒcke verwendet. Eine an einer Portalanlage oder einem Roboter montierte Extrudieranlage verteilt Kunststoffgranulat auf einer Montageplatte.

Metall/Pulver

  • SLM - 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 flĂŒssiges Bindemittel verbindet die einzelnen Pulverpartikel. Die so entstandenen Rohteile werden dann gehĂ€rtet und anschließend in einem Ofen bei hoher Temperatur gesintert.

Metall/Draht

  • FDM/FFF - Fused Deposition Modeling: Dieses Verfahren wird neben Kunststoff auch fĂŒr spezielle Metalle eingesetzt, zum Beispiel fĂŒr Ultrafuse 1.4401 Edelstahl. Die WerkstĂŒcke 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! FĂŒr die Herstellung von Prototypen und die Kleinserienproduktion bietet die additive Fertigung jedoch zahlreiche Vorteile:

  • Geschwindigkeit - Dies trifft sowohl fĂŒr 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 kĂŒrzester Zeit optimiert und getestet werden.
  • Gezielte Anpassung – Produkte können einfach angepasst werden. Beispielsweise in der Zahntechnik können Zahnspangen genau passend fĂŒr die ZĂ€hne eines Patienten hergestellt werden. Oder mittels der CT Scan-to-CAD Technologie können CT Scans von SchĂ€delplatten direkt in CAD Modelle umgesetzt und zu einem 3D-Drucker gesandt werden, der sodann eine genau auf den jeweiligen Patienten zugeschnittene SchĂ€delplatte erstellt.
  • Designfreiheit – Der 3D-Druck erlaubt die Erstellung von komplexen WerkstĂŒckkonstruktionen, 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 fĂŒr 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 FrĂ€sen, Bohren usw., erzeugen relativ große Mengen an Abfall. Die additive Fertigung verwendet nur die Materialmenge, die fĂŒr die Herstellung einer Komponente erforderlich ist. Das Überschussmaterial wie StĂŒtzkonstruktionen 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 schlĂ€gt sowohl die herkömmliche Herstellung von Prototypen als auch traditionelle Fertigungsverfahren um LĂ€ngen.
  • Vermindertes Risiko – Der 3D-Druck erlaubt eine einfache und schnelle ÜberprĂŒfung eines Prototyps, bevor teure Produktionseinrichtungen beschafft werden mĂŒssen. Dadurch wird das Risiko der Produktion eines fehlerhaften Produktes und finanzieller Verluste praktisch eliminiert.
  • Funktionale Integration – Die Integration vieler Produktfunktionen kann schon wĂ€hrend der Designphase vorgenommen werden. Dies kann dazu beitragen, die Anzahl an Komponenten in einem Produkt erheblich zu verringern.

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

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

  • FlĂŒssiges Harz: Zum Beispiel Epoxid und Acrylat
  • Filamente (FĂ€den): 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 verstĂ€rkte 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 mĂŒssen die Rohprodukte in einem Ofen bei hoher Temperatur gebrannt werden.

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

Es kommen stĂ€ndig 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 ĂŒber die bereits heute fĂŒr die additive Fertigung verwendeten Rohstoffe.

Der 3D-Druck wurde bei seiner MarkteinfĂŒhrung ausschließlich fĂŒr die Entwicklung von Prototypen in Industriezweigen eingesetzt, die KonsumgĂŒter und IndustriegĂŒter produzieren. Das Hauptziel war, die Entwicklungszeiten und -kosten fĂŒr neue Produkte zu senken, die bis zu diesem Zeitpunkt nur mit subtraktiven Herstellungsverfahren wie CNC FrĂ€sen, Bohren und PrĂ€zisionsschleifen hergestellt werden konnten. Die Entwicklung von Prototypen ist heute zwar immer noch die Hauptanwendung fĂŒr 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 grĂ¶ĂŸere Freiheit beim Produktdesign, einfachere Anpassung an KundenwĂŒnsche, 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 fĂŒr Oldtimer
    • Serienfertigung von Standardkomponenten. Dies trifft besonders auf Luxusautos zu, die in relativ kleinen Serien produziert werden.
  • Luftfahrt
    • Kraftstoff- EinspritzdĂŒse fĂŒr das GE LEAP Flugzeugtriebwerk. Die Anzahl der Komponenten in diesem Produkt konnte durch die additive Fertigung von 20 auf eine (!) verringert werden.
    • Teile fĂŒr 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 fĂŒr die rekonstruktive Chirurgie, beispielsweise SchĂ€delplatten
    • KĂŒnstliche HĂŒft- und Kniegelenke
    • Formen fĂŒr Zahnspangen
    • Zahnkronen und -brĂŒcken
  • IndustriegĂŒter
    • Schnelle Produktion von Werkzeugen
    • Kugel- und Rollenlager, WĂ€rmeaustauscher, Halterungen....
    • Schnelle Herstellung von Sonderersatzteilen
  • KonsumgĂŒter
    • Brillengestelle
    • Thermoplastik- Sohlen fĂŒr Sportschuhe
    • Sondergriffe fĂŒr Rasierapparate
    • Modeschmuck
  • Hochbau
    • Druck maßstabsgerechter Modelle von GebĂ€uden
  • 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 fĂŒr die Herstellung individualisierter Komponenten verwendet, z.B. Zahnspangen oder Implantate fĂŒr die rekonstruktive Chirurgie. Sie wird aber auch immer hĂ€ufiger fĂŒr die Produktion kleiner Serien an Standardprodukten eingesetzt, so zum Beispiel in Flugzeugtriebwerken und FlugzeugrĂŒmpfen.

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

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

  • Additiv gefertigte WerkstĂŒcke werden Schicht fĂŒr Schicht auf einer Grundplatte erzeugt. Die erste Schicht ist fest mit dieser Grundplatte verbunden. Deshalb muss das WerkstĂŒck nach Fertigstellung von dieser Grundplatte getrennt werden. Insbesondere bei metallischen Komponenten ist diese Trennung relativ schwierig, weil Grundplatte und Komponente praktisch miteinander verschweißt sind.
  • FĂŒr den Druck von komplexen WerkstĂŒcken mit ÜberhĂ€ngen sind StĂŒtzkonstruktionen erforderlich, die das WerkstĂŒck wĂ€hrend des Druckprozesses abstĂŒtzen, damit es nicht in sich zusammensackt. Wenn der Druck abgeschlossen ist, mĂŒssen diese StĂŒtzkonstruktionen von dem Teil getrennt werden.
  • Beim Druck mit Pulver aus Kunststoff und Metall mit den Drucksystemen MJF, SLS, SLM, DMLS oder EBM ist die OberflĂ€che der fertigen Komponenten in der Regel mit Restpulver behaftet. HĂ€ufig ist das Pulver mit der OberflĂ€che sogar fest verbunden (angesintert). Dieses lose und angesinterte Pulver muss komplett entfernt werden.
  • Je nachdem, welche Druckmethode und welches Material verwendet wird, kann die OberflĂ€che der aus dem Drucker kommenden Rohprodukte eine extrem hohe Ausgangsrauhigkeit ausweisen. Werte von Ra = 25 ”m sind nicht außergewöhnlich. Im Vergleich hierzu haben Guss- und Schmiedeteile in der Regel eine Ausgangsrauhigkeit von "nur" Ra = 3 – 8 ”m. HĂ€ufig erzeugt der Schicht-auf-Schicht Aufbau auch einen sogenannten "Treppeneffekt" (stair stepping), der die OberflĂ€chenrauhigkeit noch weiter erhöht. FĂŒr die weitere Verarbeitung, bzw. den Gebrauch der Komponenten, ist eine so raue OberflĂ€che absolut ungeeignet und muss deshalb unbedingt geglĂ€ttet werden!
  • Bisweilen mĂŒssen 3D gedruckte Teile, zum Beispiel KonsumgĂŒter, mit speziellen Farben eingefĂ€rbt 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. FĂŒr Metallteile kann dies die Verwendung einer BandsĂ€ge oder einen Drahterodierprozess erfordern. FĂŒr Kunststoffteile ist hĂ€ufig ein Spachtelmesser ausreichend.
    Nach dem Auspacken muss auf der Grundplatte verbliebenes Restmaterial entfernt werden, damit diese wieder fĂŒr den nĂ€chsten Druckprozess verwendet werden kann.
  • Entfernung von StĂŒtzkonstruktionen
    Nach Abschluss des Druckvorganges mĂŒssen eventuell erforderliche StĂŒtzkonstruktionen von dem gedruckten WerkstĂŒck getrennt werden, ohne dieses zu beschĂ€digen. Im Falle von Kunststoffteilen kann dies chemisch, mechanisch oder mit einer Kombination der beiden Verfahren erfolgen. Bei gedruckten Metallteilen werden die StĂŒtzen 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.
    HĂ€ufig kann das Pulver einfach mit Druckluft abgeblasen werden. Wenn das Pulver jedoch angesintert ist, mĂŒssen aggressivere Reinigungsmethoden eingesetzt werden, beispielsweise Strahlen oder Gleitschleifen.
  • GlĂ€tten, Poliereng
    GlĂ€tten und Polieren sind zum Teil recht schwierige Aufgaben. Insbesondere bei WerkstĂŒcken, die eine GlĂ€ttung von ursprĂŒnglich Ra = 25 ”m auf Ra = 0,1 ”m erfordern. Solche schwierigen GlĂ€ttungs- und Polieraufgaben erfordern hĂ€ufig mehrstufige Bearbeitungsverfahren. So werden beispielsweise WerkstĂŒcke in einer Strahlmaschine vorgeglĂ€ttet, um anschließend in einer Gleitschliffmaschine feingeschliffen und poliert zu werden.
  • EinfĂ€rben von 3D-gedruckten Komponenten mit speziellen Farben
    Das EinfĂ€rben additiv gefertigter Teile erfordert einen speziellen Prozess, der eine große Farbauswahl bietet, wasserbestĂ€ndig und verschleißfest ist, sowie die Farben nicht verblassen lĂ€sst.

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

Einige Nachbearbeitungsverfahren können hĂ€ufig fĂŒr mehr als eine Aufgabe verwendet werden. So lĂ€sst sich beispielsweise die Strahltechnik sowohl fĂŒr die Pulverentfernung als auch das VorglĂ€tten von extrem rauen OberflĂ€chen einsetzen. Bisweilen ist die Strahltechnik auch fĂŒr gewisse Auspackarbeiten geeignet. Aber die Verwendbarkeit der Strahltechnik hĂ€ngt immer von dem Zustand der gedruckten Rohprodukte, der Druckmethode und dem eingesetzten Material ab. Bisweilen eignet sich die Gleitschlifftechnik fĂŒr das Entpulvern und Entfernen von einfachen StĂŒtzkonstruktionen. Aber die StĂ€rken des Gleitschleifens liegen vorwiegend im Entgraten/Kantenverrunden, GlĂ€tten und Polieren.

Zur Bestimmung des besten Nachbearbeitungsverfahrens oder besser ausgedrĂŒckt, der richtigen Kombination an Verfahren, sind in der Regel umfangreiche Bearbeitungsversuche erforderlich. Bisweilen muss sogar das ursprĂŒngliche Produktdesign und die ausgewĂ€hlte Drucktechnik ĂŒberprĂŒft werden. So kann, zum Beispiel, eine geringe Änderung des Produktdesigns dazu beizutragen, den Bedarf fĂŒr StĂŒtzkonstruktionen zu minimieren. Oder die Auswahl einer anderen Druckmethode kann die OberflĂ€chenrauhigkeit der gedruckten Rohteile erheblich verringern.

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

Strahlen und Gleitschleifen sind die vielfĂ€ltigsten Verfahren zur Bearbeitung und Verbesserung der OberflĂ€che von additiv gefertigten WerkstĂŒcken. Beide spielen bei zahlreichen Nachbearbeitungsaufgaben eine SchlĂŒsselrolle. Ihr Anwendungsspektrum reicht vom Auspacken/Entpulvern bis zur Hochglanzpolitur.

Das Strahlen ist ein Verfahren, das fĂŒr die Reinigung und das Homogenisieren von OberflĂ€chen sowie die Vorbereitung von OberflĂ€chen zum Beschichten und Lackieren verwendet wird. Eine spezielle Form des Strahlens wird fĂŒr die OberflĂ€chenverfestigung („Kugelstrahlen“) eingesetzt. Dabei wird eine Druckeigenspannung in die WerkstĂŒckoberflĂ€che eingebracht, die aufgrund verĂ€nderter mechanischen Eigenschaften die Verschleißfestigkeit eines WerkstĂŒckes verbessert.

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

Konkret wird die Strahltechnik fĂŒr folgende Nachbearbeitungsarbeiten verwendet:

  • Entpulvern/Reinigen:
    Nachdem sie von der Grundplatte getrennt sind, können WerkstĂŒcke, 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 OberflĂ€chen:
    Das Strahlen erzeugt homogene OberflĂ€chen mit einem isotropischen Erscheinungsbild. Dies kann aus funktionalen GrĂŒnden, aber auch fĂŒr rein kosmetische Zwecke, erforderlich sein.
  • VorglĂ€tten von OberflĂ€chen:
    Wenn die aus dem Drucker kommenden Teile eine sehr hohe OberflĂ€chenrauhigkeit aufweisen, ist das Strahlen eine effektive Methode, die WerkstĂŒcke vorzuglĂ€tten. Mit relativ feinkörnigen Strahlmitteln können Rauhigkeitswerte von Ra = 0,5 bis 0,8 ”m erreicht werden. FĂŒr die weitere Verbesserung dieser Werte, zum Beispiel fĂŒr eine Hochglanzpolitur, sind weitere Bearbeitungsschritte mit der Gleitschlifftechnik erforderlich.
  • Vorbereitung fĂŒr das Beschichten und Lackieren:
    Um eine gute Verbindung zwischen dem Substrat und dem Beschichtungsmaterial zu erzielen, muss die OberflĂ€che leicht angeraut werden und absolut sauber sein. Die Strahltechnik ist ein hervorragendes Instrument zum Anrauen und Reinigen der WerkstĂŒckoberflĂ€chen.

Das Gleitschleifen ist ein universell einsetzbares Verfahren zum Entgraten/Kantenverrunden und Reinigen (z.B. Entfetten und Entölen) sowie zum Schleifen, GlĂ€tten und Hochglanzpolieren von additiv gefertigten WerkstĂŒcken. Die Gleitschlifftechnik kann fĂŒr alle Arten von WerkstĂŒcken, völlig unabhĂ€ngig von ihrer Form, GrĂ¶ĂŸe und Material, angewandt werden.

Mit dem Gleitschleifen können nicht nur externe OberflĂ€chen sondern auch interne WerkstĂŒckbereiche, wie Hinterschneidungen, Bohrungen usw., hervorragend bearbeitet werden.

Konkret wird die Gleitschlifftechnik fĂŒr folgende Nachbearbeitungsarbeiten verwendet:

  • Reinigen:
    Nach dem Druck mĂŒssen additiv gefertigte Teile hĂ€ufig maschinell bearbeitet werden. Dies hinterlĂ€sst Reste von KĂŒhlschmierstoffen und Öl auf der WerkstĂŒckoberflĂ€che. Das Gleitschleifen entfernt alle diese Verunreinigungen und hinterlĂ€sst eine absolut saubere OberflĂ€che.
  • 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. ZusĂ€tzlich können die WerkstĂŒckkanten mit einem genau definierten Radius versehen werden.
  • GlĂ€ttung von OberflĂ€chen:
    Aus funktionalen oder kosmetischen GrĂŒnden muss die WerkstĂŒckoberflĂ€che hĂ€ufig extrem glatt sein. Bisweilen ist sogar eine Hochglanzpolitur erforderlich. Mit dem Gleitschleifen kann die OberflĂ€chenrauhigkeit 3D-gedruckter Teile mit einem Ausgangswert von Ra = 25 auf Ra < 1,0 ”m geglĂ€ttet werden. Je nach der MaterialhĂ€rte – Kobalt-Chrom oder Titan sind beispielsweise hĂ€rter als Aluminium – kann hierfĂŒr ein mehrstufiger Behandlungsprozess erforderlich sein.
  • Hochglanzpolieren
    Mit besonderen Poliermedien kann eine Hochglanzpolitur mit Rauhigkeitswerten von Ra < 0,01 ”m erreicht werden.

Auf jeden Fall! Die BerĂŒcksichtigung aller Nachbearbeitungsaspekte wĂ€hrend der Designphase hilft nicht nur, die FunktionalitĂ€t einer Komponente zu optimieren, sondern verbessert auch die Wirtschaftlichkeit des 3D-Druckes. Die Betrachtung der gesamten Prozesskette ist eine unabdingbare Bedingung fĂŒr den Erfolg eines additiv gefertigten Produktes.

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

Das OberflĂ€chenfinish muss ebenfalls bereits wĂ€hrend der Designphase in Betracht gezogen werden. Wenn eine 3D-gedruckte Komponente eine Hochglanzpolitur mit einer extrem glatten OberflĂ€che erfordert, lohnt es sich, ein Druckverfahren auszuwĂ€hlen, das generell geringere Rauhigkeitswerte erzeugt. So produziert beispielsweise das Metall Binder Jetting im Vergleich zu Laser Sinter- oder Schmelzmethoden Rohteile mit erheblich glatteren OberflĂ€chen. Binder Jetting bietet den zusĂ€tzlichen Vorteil, dass es keine StĂŒtzkonstruktionen erfordert.

Mechanische Eigenschaften sowie Maßhaltigkeit sind ebenfalls Faktoren, die wĂ€hrend der Designphase in Betracht gezogen werden mĂŒssen. So bietet beispielsweise das Binder Jetting im Vergleich zu anderen Druckverfahren generell eine geringere mechanische StabilitĂ€t. 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 OberflĂ€chenbearbeitung entstehen.

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