Mit 3D-Druck zum innovativen Mountainbike

Canyon erfindet das Mountainbike neu und verbindet Effizienz mit Nachhaltigkeit. Mithilfe von Topologieoptimierung entstehen neue Rahmengeometrien, die die Ingenieure dank Großformat-3D-Drucker nach nur zwei Tagen in den Händen halten können.

Canyon: Innovativ von Anfang an

Die Canyon Bicycles GmbH setzt schon seit ihrer Gründung auf Innovation. Entstanden aus einem Handel mit Fahrradteilen während Radrennen wurde schon bald ein Ladengeschäft eröffnet. Kurz darauf stieg Canyon als eines der ersten Unternehmen in den Versandhandel ein, und man begann mit der Entwicklung eigener Räder. Inzwischen beschäftigt Canyon über 1000 Mitarbeiter und bietet vom Stadtrad bis zum Mountainbike Modelle in allen Kategorien an. Durch die Zusammenarbeit mit namhaften Profis wie Jan Frodeno, Alejandro Valverde und Mathieu van der Poel sowie Mannschaften wie dem Canyon SRAM Racing Team werden immer wieder Impulse für Innovationen und Neuentwicklungen gesetzt. Um diese Ideen zu realisieren, setzen Ingenieure wie Johannes Thumm, Senior Design Engineer MTB bei Canyon, inzwischen auf großformatigen 3D-Druck. Seine Aufgabe: “Ich arbeite daran, die leichtesten und effizientesten Mountainbikes für den Rennsport herzustellen. Genau die Bikes, die ich selbst gerne fahre.”

3D Printed Bicycle Parts at Canyon

Additive Verfahren sparen Zeit und Geld beim Rahmendesign

Bislang war die Entstehung eines neuen Rahmenkonzepts aufwendig, kostenintensiv und vor allem langwierig. Um die ersten Prototypen eines neuen Rahmens zu fertigen, wurde ein erstes Modell aus Stahlrohren geschweißt. An diesem konnten dann Anbauteile montiert, die Rahmengeometrie überprüft und das Aussehen beurteilt werden. Gab es Probleme, dann musste ein neues Modell angefertigt werden, was wieder Wochen oder Monate dauern konnte.

Noch aufwendiger ist die Prototypenfertigung bei Rahmen aus Verbundstoffen wie beispielsweise CFK. Für diese muss eine Form gefräst werden, in der die Fasern eingelegt und mit der Matrix verbunden werden. Das ist ein zeitaufwendiger und damit auch teurer Prozess, denn allein der Preis für eine solche Form kann zwischen 10.000 € und 25.000 € betragen. Und auch hier gilt, dass erst nach einigen Wochen beurteilt werden kann, ob das Rahmendesign wie gewünscht ausfällt, oder ob Anpassungen vorgenommen werden müssen.

Canyon_Printer

Hier kommt der 3D-Druck ins Spiel. Auf ihrem BigRep ONE können die Entwickler ihre am Rechner konstruierten Rahmengeometrien in ein bis zwei Tagen ausdrucken. So hat man schon nach kurzer Zeit einen Rahmen in der Hand, kann ihn „begreifen“ und mit den eigenen Vorstellungen vergleichen.  An diesen Modellen lassen sich zudem Beurteilungen vornehmen, die eine Entscheidung darüber ermöglichen, ob ein Ansatz weiterverfolgt oder fallengelassen wird. Johannes Thumm: “Wir können einfach designen, drucken, den Rahmen überprüfen, Änderungen vornehmen, erneut drucken.”

Canyon_inspection

Durch entsprechende Nachbearbeitungen wie Schleifen, Grundieren und Lackieren entsteht ein Prototyp, der auch im Aussehen bereits dem finalen Modell entspricht. Damit lässt er sich hervorragend präsentieren, um Meinungen bei Kollegen und potentiellen Kunden einzuholen. Falls Anpassungen notwendig sind, dann verkürzt der 3D-Drucker die Iterationszyklen und damit die Zeit bis zur nächsten Rahmenversion ganz erheblich. Und natürlich betragen auch die Kosten für einen Prototypen aus dem 3D-Drucker nur einen Bruchteil dessen, was beim herkömmlichen Formenbau anfällt.  

Entwicklung nachhaltiger Rahmenkonzepte mit Hilfe des BigRep ONE

Im Zuge eines neuen Projekts ergab sich die Notwendigkeit bei Canyon, ganz neue Wege zu beschreiten. Der Entwicklungsabteilung wurde die Aufgabe gegeben einen Rahmen zu entwickeln, der neue Maßstäbe bezüglich der Nachhaltigkeit setzen sollte. Die sich daraus ergebenden Randbedingungen stellten die Ingenieure vor eine ganze Reihe von Herausforderungen.

Der Rahmen sollte lediglich aus einem einzigen, leicht zu recycelnden Material bestehen. Für den harten Einsatz im Rennen, und um das Handling auch beim ambitionierten Fahren in der Freizeit zu verbessern, musste der Rahmen möglichst steif ausgeführt sein. Und schließlich durfte das Gewicht ein gewisses Maß nicht überschreiten.

Um diese Ziele zu erreichen, setzte Canyon auf eine rechnergestützte Topologieoptimierung. Nach Vorgabe relevanter Eckdaten errechnete der Computer eine annähernd ideale Rahmenform. Allerdings war eine Vielzahl von Änderungen und Anpassungen notwendig, um nach zahlreichen Zwischenschritten eine umsetzbare Geometrie zu erhalten.  

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Ohne den Einsatz des 3D-Druckers wäre eine solche Vielzahl an Versuchen nicht rentabel oder sogar schlichtweg unmöglich gewesen. Hierzu Johannes Thumm: “Der 3D-Druck hat schon so viele coole Chancen eröffnet, spart Zeit, lässt uns neue Designs ausprobieren, und erweitert unsere Fertigungsmöglichkeiten.”

Zukunft des 3D-Drucks in der Fahrradentwicklung

Der 3D-Druck ermöglicht, wie in vielen anderen Industriezweigen, eine deutlich beschleunigte Produktentwicklung. In Zeiten immer kürzerer Produktzyklen und einer steigenden Nachfrage nach individualisierten Produkten erlauben es additive Fertigungsverfahren, schnell auf sich verändernde Marktbedingungen zu reagieren. Durch eine engere Vernetzung computergestützter Designprozesse und moderner Herstellungsverfahren lassen sich Produkte herstellen, die noch vor kurzem undenkbar waren.

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Noch sind tatsächlich einsetzbare Fahrradrahmen aus dem 3D-Drucker eine Zukunftsvision. Bei der rasanten Entwicklung, die sich derzeit im Bereich additiver Fertigungsverfahren zeigt ist es allerdings nur noch eine Frage der Zeit, bis auch das möglich sein wird. Dann wären nicht nur Rahmen in speziellen Größen und Abmaßen jederzeit verfügbar, es ließen sich sogar vollkommen personalisierte, auf die eigenen Körpermaße zugeschnittene Fahrradgeometrien herstellen. Für Johannes Thumm wird der 3D-Druck in der Zukunft eine ganz bedeutende Rolle spielen. “Es ergeben sich eben ganz neue Möglichkeiten, wie ein Produkt aussehen kann.”

Aber auch in Bezug auf die Nachhaltigkeit der Fertigung wird der 3D-Druck einen großen Sprung ermöglichen. Lokale Produktion statt langer Transportwege und die Vermeidung von Abfall bei der Herstellung der Teile werden dazu führen, dass das Fahrrad einen noch größeren Beitrag zum Umweltschutz leisten kann, als es das ohnehin schon tut.

IN DEUTSCHLAND ENTWICKELT – ZUVERLÄSSIGKEIT ZUM ATTRAKTIVEN PREIS

Der BigRep ONE ist ein in Deutschland entwickelter Großformat-3D-Drucker für den Einsatz rund um die Uhr. Bisher wurden über 500 dieser kostengünstigen Systeme installiert, die sich bei Fertigungsunternehmen weltweit als zuverlässig erwiesen haben. Der ONE zeichnet sich durch ein großes Bauvolumen von 1 m³ und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus, sodass Sie Ihre Entwürfe zuverlässig in Originalgröße herstellen können.

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IN DEUTSCHLAND ENTWICKELT – ZUVERLÄSSIGKEIT ZUM ATTRAKTIVEN PREIS

Der BigRep ONE ist ein in Deutschland entwickelter Großformat-3D-Drucker für den Einsatz rund um die Uhr. Bisher wurden über 500 dieser kostengünstigen Systeme installiert, die sich bei Fertigungsunternehmen weltweit als zuverlässig erwiesen haben. Der ONE zeichnet sich durch ein großes Bauvolumen von 1 m³ und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus, sodass Sie Ihre Entwürfe zuverlässig in Originalgröße herstellen können.

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About the author:

Michael Eggerdinger <a style="color: #0077b5" href="https://www.linkedin.com/in/michael-eggerdinger-a45b9814" target="_blank" rel="noopener"><i class="fab fa-linkedin"></i></a>

Michael Eggerdinger

Product Marketing Manager 

Michael is a toolmaker, a mechanical engineer, and a patent engineer. His years of working in manufacturing and as a project manager in various industries provide him with a profound knowledge of the main challenges in modern production processes. In 2017, he bought his first 3D printer to be used at home, and he has been hooked ever since!

Verbinden Sie CNC-Bearbeitung und 3D-Druck in der Fertigung

Fragen Sie sich auch manchmal, ob die CNC-Fertigung oder der 3D-Druck das bessere Verfahren ist? Die Antwort ist ganz einfach: “Das kommt darauf an!”

Vielfach verlässt man sich in der Produktion auf CNC Maschinen als das Rückgrat der Fertigung. Im Zuge des Aufstiegs additiver Fertigungsverfahren denken aber immer mehr Firmen darüber nach, auch den 3D-Druck in ihre Arbeitsabläufe zu integrieren oder sogar ihre CNC-Maschinen zu ersetzen. Wir geben Ihnen einen Überblick über die Möglichkeiten, die Ihnen der 3D-Druck bietet, und wie Sie beide Technologien am besten miteinander verbinden können.

Überblick CNC-Fertigung bzw. subtraktive Verfahren

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Bei der CNC-Bearbeitung werden auf einer computergesteuerten Werkzeugmaschine Bauteile aus einem Rohling herausgearbeitet, indem das “überschüssige” Material abgetragen wird. Sie stellt noch immer das kostengünstigste Verfahren zur Herstellung von Bauteilen in mittlerer bis großer Stückzahl dar. Seit Jahrzehnten erprobt, sind CNC-Maschinen in Fertigungsstätten weltweit verfügbar und es existiert umfangreiches Wissen rund um die gesamte Prozesskette. Durch seine Vielseitigkeit in Bezug auf bearbeitbare Materialien, herstellbare Geometrien sowie erreichbare Oberflächengüten und Toleranzwerte stellt die CNC-Technik in vielen Fällen das Mittel der Wahl dar.

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Allerdings ist die Herstellung eines Bauteils mittels CNC-Fräsen – insbesondere bei höherer Komplexität der Geometrie oder anspruchsvollen Werkstoffen – immer noch ein hochspezialisierter Prozess. So werden gut ausgebildete Konstrukteure und Programmierer benötigt, was zu vergleichsweise hohen Personalkosten führt. Oftmals sind spezielle Spannwerkzeuge erforderlich, die dann wieder konstruiert und gefertigt werden müssen. Gerade bei kleinen Stückzahlen treibt das die Stückkosten deutlich in die Höhe. Dazu kommt die nicht immer gewährleistete Verfügbarkeit und hohe Kosten für das Material. Je höher der Zerspanungsgrad, desto höher auch die Werkstoffkosten für den Rohling im Vergleich mit dem fertigen Bauteil.

Überblick 3D-Druck (bzw. additive Verfahren)

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Der 3D-Druck in seinen unterschiedlichen Ausprägungen stellt zwar schon seit vielen Jahren ein etabliertes Fertigungsverfahren dar, ist aber gerade in der Industrie bei weitem noch nicht so stark verbreitet wie die spanende Fertigung. Gerade zur Herstellung kleiner bis mittlerer Stückzahlen oder Prototypen hält insbesondere das FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication) aber in verschiedenen Industriesektoren immer mehr Einzug. Hierbei wird ein Kunststoff aufgeschmolzen, durch eine Düse in Schichten aufgetragen und dabei zu einem Bauteil aufgebaut. Da abgesehen von eventuell erforderlichen Stützstrukturen nur genau die Menge an Material verwendet wird, die später das fertige Objekt bildet, entsteht so gut wie kein Abfall. Der Druck findet direkt auf der ebenen Druckplatte statt, so dass keine Spannwerkzeuge erforderlich sind. Zudem erfordert es nur wenig spezifisches Wissen, um einen BigRep-Drucker einzurichten und einen Druckvorgang zu starten. Das Verfahren selbst limitiert in keinster Weise den Gestaltungsprozess der Bauteile; beinahe jede gewünschte Geometrie kann gedruckt werden. So lassen sich auch eingefahrene Denkmuster in Konstruktion und Entwicklung überwinden. Technical Operations Manager bei der Nikola Motor Company: „Man kann tatsächlich den gesamten Entwicklungs- und Fertigungsprozess neu überdenken!“ 

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Bedingt durch den Prozess ist allerdings die Qualität der Oberflächen meist nicht mit der von gefrästen Bauteilen zu vergleichen und erfordert mehr oder weniger aufwendige Nachbearbeitungen. Und auch wenn inzwischen immer enger tolerierte Bauteile gedruckt werden, so können sie auch in dieser Hinsicht meist nicht mit gefrästen Werkstücken mithalten. Schlussendlich ist auch die Auswahl an Materialen beschränkt; per FFF lassen sich nur Kunststoffe verarbeiten, die aufgeschmolzen werden können.

Wie können Sie Ihren 3D-Drucker am besten einsetzen?

MONTAGEHILFEN

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Ein sehr anschauliches Beispiel stellt diese handgeführte Montagehilfe dar, die bei der Montage von Autos zum Einsatz kommt. Das Bauteil mit einer Länge von über 120 cm sollte ursprünglich in aus Aluminium gefräst werden. Die Kosten hierfür, einschließlich Maschinen-, Personal- und Materialkosten, hätten ungefähr 10.000 USD betragen, bei einer Lieferzeit von ca. zwei Wochen. Bei einer Vergabe des Auftrags an einen Zulieferer aus China hätte der Preis immerhin noch bei 5.800 USD gelegen, die Lieferzeit wäre ähnlich der bei einer In-House-Fertigung gewesen. Schlussendlich wurde entschieden, das Bauteil aus HI-TEMP CF auf einem BigRep PRO zu drucken. Die komplette Fertigungsdauer betrug ungefähr 2 Tage, dabei entfielen ca. zwei Drittel der Zeit auf den Druck. Da die gesamten Kosten sich auf nur 790 USD beliefen, ergab sich hier eine Einsparung von ca. 86 %! Als angenehmer Nebeneffekt für die Mitarbeiter, die das Bauteil in ihrem Arbeitsalltag handhaben müssen, ist auch das im Vergleich zu einer aus Aluminium gefrästen Variante um über 50 % geringere Gewicht. Alles in allem ein sehr lohnenswerter Einsatz des BigRep PRO.

SERIENBAUTEILE

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Boyze Technologies setzt den 3D-Druck ein, um Serienbauteile für ihre im Auftrag von Verizon hergestellten 5G-Kiosks zu fertigen. Aufgrund der besonderen Form wäre es sehr zeitaufwendig gewesen, diese Teile zu fräsen und es hätte besonders umfangreiche Vorbereitungen und einige Nachbearbeitungsschritte erfordert. Weil das bei den gedruckten Bauteilen nicht notwendig war, lag in diesem Anwendungsfall ein besonderes Einsparpotential im Personaleinsatz. Und da mehrere unterschiedliche Teile gleichzeitig gedruckt werden konnten, ließ sich auch der Bauraum des Druckers bestmöglich ausnutzen.

Wie können Sie 3D-Druck und CNC-Bearbeitung kombinieren?

Der Nutzen der additiven Fertigung lässt sich nochmal steigern, wenn sie in cleverer Weise mit anderen Fertigungsverfahren kombiniert wird. Gedruckte Objekte lassen sich an mechanisch höher belasteten Stellen mit aus Metall gefertigten Bauteilen verstärken. Ein Beispiel hierfür sind Gewindebuchsen aus Messing, die in Kunststoffgrundkörper eingesetzt werden. Gedruckte Teile können auch spanend nachbearbeitet werden, um kritische Toleranzen oder erforderliche Oberflächengüten einzuhalten, oder um Gewinde einzufräsen. Und Aufnahmen, Spannvorrichtungen und Positionierschablonen aus dem Drucker erleichtern auch die Arbeit an CNC-Maschinen. Durch die intelligente Verbindung von 3D-Druck und CNC-Bearbeitung können Anwender also von den Vorzügen beider Welten profitieren.

Auch bei der Entwicklung und Fertigung einfacher Vorrichtungen, wie Positionierhilfen, Montagevorrichtungen oder Werkstückaufnahmen ist der Drucker sehr hilfreich. Ein Beispiel hierfür ist die unten abgebildete Aufnahme für ein Aluminiumbauteil. Riley Gillman bei Nikola stand vor der Aufgabe, ein gefrästes Bauteil wiederholbar und sicher in einer Koordinatenmessmaschine zu positionieren. Aufgrund spezieller geometrischer Anforderungen konnte das Bauteil selbst nicht gedruckt werden, musste also auf einer CNC-Maschine gefräst werden. Es hätte aber zusätzliche Maschinenzeit und eines unverhältnismäßig großen Rohlings bedurft, um auch die Aufnahme aus Aluminium zu fräsen. Gillman entschied sich also dafür, sie auf seinem BigRep PRO zu drucken. Hier lagen nur wenige Stunden zwischen der Idee und dem fertigen Bauteil, und das bei Materialkosten von unter 20 USD!

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Bei Nikola hat man gerade in den letzten Jahren die Erfahrung gemacht, dass die Verfügbarkeit sowohl externer Zulieferer als auch der benötigten Materialien immer weiter abgenommen hat. Der Drucker bietet hier Flexibilität und Unabhängigkeit.  

Riley Gillman fasst die Randbedingungen zusammen, die seine Entscheidung für den Einsatz des 3D-Druckers beeinflussen: „Wir fertigen hier oft sehr große Bauteile, und das oft mit sehr knappen Zeitvorgaben. Die Geometrie der Teile spielt auch eine große Rolle; manche der Bauteile sind schlichtweg zu komplex, um sie mit herkömmlichen Verfahren zu produzieren. Und manchmal haben wir auch einfach nicht das Budget, um Teile anders als mittels 3D-Druck herzustellen!“

Welche Vorzüge bietet Ihnen also der Einsatz additiver Verfahren?

Bei Nikola findet der 3D-Druck immer häufiger dann Verwendung, wenn große Bauteile schnell verfügbar sein müssen, bzw. wenn Iterationen eines Bauteils durchgespielt werden sollen. Aufgrund der Möglichkeit, schnell und einfach Änderungen an 3D-Modellen vorzunehmen und sie dann ohne lange Vorlaufzeiten In-House fertigen zu können, lassen sich Entwicklungszeiten drastisch reduzieren. Prototypen zum Anfassen sind schneller verfügbar und vermitteln damit einen besseren Eindruck des Endprodukts.

Ist der 3D-Druck für Sie auch finanziell lohnenswert?

Natürlich ist es für Unternehmen wichtig zu wissen, ob sich eine Investition in kommerzieller Hinsicht lohnt bzw. wie lange es dauert, bis sich die Anschaffungskosten amortisiert haben. Hierzu ein kleines Rechenbeispiel aus der Praxis: Wenn Sie ein großes Bauteil extern drucken lassen, dann kann das inklusive Iterationen bis zu 5.000 USD pro Woche kosten. Bei vier ähnlich großen Bauteilen pro Monat entstehen in diesem Zeitraum Kosten von bis 20.000 USD. Vergleicht man diese Summe mit den Anschaffungskosten für einen eigenen 3D-Drucker, dann zeigt sich sehr schnell auch der finanzielle Vorteil eines Druckers in der eigenen Produktion.

Welches Verfahren ist also jetzt das bessere für Sie?

Nach diesen Ausführungen wird die Antwort „Das kommt darauf an“, die wir oben gegeben haben, hoffentlich verständlicher. Jedes der beiden Verfahren hat seine Berechtigung und seine ganz speziellen Anwendungsfälle, und daher wird der 3D-Druck auch in Ihrem Unternehmen die CNC-Fertigung (vermutlich) nicht gänzlich ersetzen.

Aber insbesondere wenn Sie auf eine gegenseitige Ergänzung beider Prozesse abzielen, dann hat die Anschaffung eines 3D-Druckers für Sie mit Sicherheit folgende Vorteile: 

  • Sie gewinnen an Flexibilität und Unabhängigkeit.
  • Sie sparen Zeit und Kosten.
  • Sie erweitern Ihr Fertigungsspektrum.
  • Der 3D-Druck ermöglicht Ihnen, interne Prozesse zu überdenken und zu verbessern.

Wenn das für Sie interessant ist, dann sprechen Sie mit einem unserer Experten! Wir beraten Sie gerne und zeigen Ihnen, welcher unserer Drucker der geeignete für Sie und Ihre Anwendungen ist. Schicken Sie uns eine CAD-Datei eines Musterbauteils, und wir berechnen für Sie die Druckdauer und Kosten!

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Michael Eggerdinger

Product Marketing Manager 

Michael is a toolmaker, a mechanical engineer, and a patent engineer. His years of working in manufacturing and as a project manager in various industries provide him with a profound knowledge of the main challenges in modern production processes. In 2017, he bought his first 3D printer to be used at home, and he has been hooked ever since!

Schnelle und zielgerichtete Produktentwicklung im Nutzfahrzeugbau durch 3D-Druck

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Sie haben ein hochspezifisches Produkt und passen es für jeden Kunden nach dessen Wünschen und Anforderungen an? Meistens dauern die entsprechenden Iterationszyklen sehr lang und kosten Zeit und Geld. Erfahren Sie, wie die ZOELLER-Group maßgeschneiderte Bauteile in nur wenigen Tagen statt Wochen entwickelt und optimiert. 

Welche Herausforderungen ergeben sich beim Bau kundenspezifischer Fahrzeuge? 

Die ZOELLER-Group mit ihren 2500 Mitarbeiter entwickelt und fertigt Abfallsammelfahrzeuge und insbesondere die dazugehörigen Hubvorrichtungen. Ihre Produkte kommen weltweit zum Einsatz, und müssen daher auch unterschiedlichsten Anforderungen genügen. Nicht nur die zu bewegenden Mülltonnen unterscheiden sich, auch landesspezifische rechtliche Grundlagen erfordern eine Vielzahl unterschiedlicher Sicherheits- und Schutzvorrichtungen. Dr. Bojan Ferhadbegov, Head of Engineering and Design bei ZOELLER: "Das sind weltweit eingesetzte Maschinen. Diese müssen nicht nur sehr schnell, sondern auch sehr zuverlässig arbeiten." 

Die daraus resultierenden Vorstellungen und Wünsche der Kunden erfordern ständige Anpassungen. So müssen in Abdeckungen und Gehäusen Bedienelemente eingebaut, Leuchten an den richtigen Stellen platziert und eine Vielzahl von Sensoren zur Prozessüberwachung integriert werden. Der Produktentwicklungsprozess nimmt viel Zeit in Anspruch, weil Lösungen entwickelt, auf ihre Eignung überprüft und optimiert werden müssen. Bislang wurden dementsprechende Bauteile dann in langwieriger Arbeit aus Blech geformt und dann in dieser Form mit dem Kunden diskutiert. Abgesehen von der langen Entwicklungsdauer waren diese Prototypen auch in Bezug auf Komplexität, Bauteilgenauigkeit und Materialeigenschaft recht limitiert. Und manche gewünschten Features ließen sich in diesem Prozess auch schlichtweg nicht abbilden. Dadurch bekam man oft erst nach der Herstellung des ersten seriennahen Bauteils ein wirkliches Gefühl für Geometrie und Haptik des Objekts. 

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Wie kann 3D-Druck diese Probleme lösen? 

Um hier Abhilfe zu schaffen und den Anforderungen der Kunden gerecht zu werden begann ZOELLER vor einigen Jahren, sich von traditionellen Fertigungsverfahren zu lösen und diese Prototypen mittels 3D-Druck herzustellen. Die sich ergebenden Vorteile sind vielfältig. Von der Konstruktion bis zum Vorliegen des ersten "begreifbaren" Teils dauert es jetzt nur noch einige Tage statt mehrerer Wochen. Die schnellere Abstimmung zwischen Konstruktion, Fertigung und Kunden führt zu deutlich verkürzten Iterationszyklen. Gewünschte Änderungen werden in kürzester Zeit in das Design integriert und das modifizierte Teil schon nach wenigen Tagen erneut begutachtet. Die gedruckten Prototypen können auch einfach an den Fahrzeugen montiert und so im Einsatz getestet werden. Marco Neuchel, Head of Development bei ZOELLER: "Der große Vorteil an der schnellen Verfügbarkeit der Bauteile ist, dass wir diese jetzt sofort im Feldtest und am Produkt ausprobieren können. Wir können die Teile jetzt also binnen weniger Tage testen und bekommen schnelles Feedback." 

Neben dem stark beschleunigten Entwicklungsprozess wurden auch die geometrischen und werkstoffbezogenen Möglichkeiten deutlich erweitert. ZOELLER ist nun beispielsweise in der Lage, Flächen und Strukturen einzubringen, die mit den herkömmlichen Verfahren nicht herstellbar waren. Auch durch die große Auswahl verfügbarer Filamente kommen schon die ersten Prototypen in jeglicher Hinsicht den später in Serie gefertigten Bauteilen extrem nahe, insbesondere in Bezug auf Aussehen und Materialverhalten. Beispielsweise erlaubt es die Verwendung von ASA Objekte zu drucken, die eine ähnliche Steifigkeit und Haptik wie die schlussendlich durch Rotationsformen hergestellten Serienteile aufweisen.  

Hierzu Dr. Ferhadbegov: "Unsere Kunden haben sehr spezifische Anforderungen. Wir müssen also sehr spezifische Bauteile auf Anfrage sehr sehr schnell herstellen - und hierfür ist der 3D-Druck in idealer Weise geeignet!"  

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Wie hat sich der 3D-Druck bei ZOELLER entwickelt? 

Zu Beginn ließ ZOELLER 3D-Druckteile noch bei externen Dienstleistern fertigen. Um nicht mehr von Zulieferern abhängig zu sein und gleichzeitig Zeit und Kosten zu sparen, kaufte ZOELLER im Juli 2019 einen BigRep ONE. Aufgrund der kurzen Einarbeitungszeit und des sich schnell einstellenden Erfolgs beim Drucken verschiedenster Objekte stieg die Anzahl der so hergestellten Bauteile schnell an. Der ONE erhielt bald ein Upgrade auf den Tandem-Modus, um Teile parallel drucken zu können und so die Produktion weiter zu beschleunigen. 

Zwei Jahre nach dem ONE führte der Bedarf an erweiterten Druckkapazitäten zur Anschaffung eines BigRep PRO. Damit erhielt ZOELLER die Möglichkeit, mehr als doppelt so schnell drucken zu können, und das bei weiter gesteigerter Genauigkeit. Die vollständige Einhausung führt zu einem besseren Temperaturmanagement, und da der BigRep PRO eine noch größeren Anzahl an Materialien(vielfältige Materialien) verarbeiten kann, steigen auch die Einsatzmöglichkeiten für den Drucker.  

Inzwischen druckt ZOELLER nicht nur Prototypen, sondern auch Vorrichtungen für die Produktion. Die Stückzahl liegt dabei – je nach Bauteil – zwischen 2 und 2.000 Stück. Der Bauraum mit einer Größe von einem Kubikmeter erlaubt es hierbei, große Teile in einem Stück zu drucken, ohne sie kleben zu müssen. Alternativ kann die große Druckfläche auch genutzt werden, um mehrere kleine Objekte sequenziell in größerer Zahl herzustellen. Und ZOELLER plant, in naher Zukunft auch End-Use-Teile in Kleinserien zu drucken. Zu diesem Zweck werden manche Bauteile nachbearbeitet, beispielsweise grundiert und lackiert, um ihre Eignung für den Einsatz in Wind und Wetter in Bewitterungstests zu überprüfen. 

3D Printed Refuse Truck Parts at Zoeller

Welche Erfahrungen hat ZOELLER mit dem 3D-Druck und den BigRep-Druckern gemacht? 

Für die Mitarbeiter bei ZOELLER stellte der Einstieg in den 3D-Druck keine große Hürde dar. Das erforderliche Wissen konnte man sich schnell aneignen, und die Integration in bestehende Produktionsprozesse funktionierte reibungslos. Das liegt einerseits an Aufbau und Design des BigRep PRO und des BigRep ONE, andererseits auch an der Unterstützung durch den BigRep-Kundenservice. Marco Neuchel: "Der BigRep PRO ist inzwischen mehr als 300 Stunden gelaufen, und wir hatten bislang keinerlei Probleme. Es ist einfach eine wirklich gut konstruierte Maschine! Und bei Fragen rund um die Drucker und den Druckprozess stand uns immer jemand zur Seite, sei es per Telefon oder Email. Wir sind mit BigRep rundum zufrieden!" 

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In sehr kurzer Zeit hat sich der 3D-Druck bei ZOELLER etabliert und ist dort aus der Fertigungskette nicht mehr wegzudenken. Kein Wunder, dass auch Dr. Ferhadbegov ein überaus positives Fazit zieht: "Der 3D-Druck ist inzwischen ein integraler Bestandteil unseres Entwicklungsprozesses geworden. Für uns liegt die Zukunft definitiv im 3D-Druck!" 

Sparen Sie bis zu 70% an Kosten im Formenbau für den Stahlguss

Die Herstellung von Gußformen für den Metallguß war lange ein zeitraubender und kostenintensiver Prozess. Mit einem großformatigen 3D-Drucker lässt sich das quasi auf Knopfdruck erledigen. Metso Outotec spart auf diese Weise bis zu 70% an Kosten ein.

Tradition und Moderne

Wenn es um Metallguss geht, dann werden die meisten Menschen an glühende Öfen und rußige, verrauchte Werkhallen denken. Und auch wenn dieses Bild noch immer der Realität entspricht, so umfasst das Gießen metallischer Werkstoffe neben dem reinen Gußvorgang auch eine Vielzahl weiterer Arbeitsschritte. Um diese zu optimieren und zu vereinfachen und gleichzeitig Kosten zu verringern, setzen Unternehmen wie beispielsweise Metso Outotec immer öfter auch auf 3D-Druckverfahren.

Metso Outotec ist ein weltweit operierender Anbieter von Anlagen, Komplettlösungen und Dienstleistungen in den Bereichen Bergbau und Gesteinsaufbereitung. Bauteile für das Produktportfolio werden unter anderem in fünf firmeneigenen Gießereien gefertigt. In zwei Betriebsstätten kommen Zeit 3D-Drucker von BigRep - vornehmlich zur Fertigung von Gußformen und Kernkästen - zum Einsatz. Die Niederlassung in der Tschechischen Republik besitzt bereits seit einigen Jahren einen BigRep ONE, das brasilianische Werk hatte im Januar dann einen BigRep PRO in Betrieb genommen. Hier ist Patricia Moraes, die seit 2004 im Unternehmen ist, verantwortlich für die Einführung und Optimierung des 3D-Drucks.

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3D-Druck ersetzt CNC-Fräsen und macht alles leichter

Vor der Einführung der Drucker wurden die oft komplex geformten Bauteile aus Holz hergestellt. Hierbei werden Rohlinge aus Holzblöcken zusammengefügt und dann mittels CNC-Fräsen in die gewünschte Form gebracht. Dieses Verfahren erfordert nicht nur Beschaffung, Lagerung und Handhabung großer und schwerer Holzstücke, sondern auch die Maschinenprogrammierung durch speziell ausgebildetes Personal. Zudem ist der Prozess sehr zeitraubend, weil die Rohlinge oft verleimt werden müssen und erst nach dem Aushärten des Klebstoffs weiterbearbeitet werden können. Patricia Moraes: „Das dauert alles sehr lange, weil man lange warten muss, bis der Leim getrocknet ist.“

Nun wird ein Großteil der Bauteile wie Kernkästen in den verschiedensten Größen, Losteile, aber auch Formen für das Kernschiessen direkt auf den Maschinen von BigRep gedruckt. Außerdem entstehen hier speziell konstruierte Anbauteile, die auf einfach geformte Grundkörper aufgesetzt werden und damit eine große Flexibilität bei der Herstellung einer Vielzahl von Gussformen ermöglichen. Wichtig ist hier auch die enge Vernetzung von CNC-Fertigung und 3D-Druck. Sehr große Grundkörper, die durch die Ergänzung mit gedruckten Losteilen vielseitig verwendbar sind werden weiterhin gefräst, während kleinere Teile meist komplett gedruckt werden.

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Schneller, leichter, und flexibler

Einer der wichtigsten Vorzüge des neuen Verfahrens – der deutlich schnellere Herstellungsprozess - liegt laut Patricia Moraes auf der Hand: „Man kann sagen, der Drucker arbeitet in drei Schichten. […] Ich starte heute den Druckvorgang, und schon morgen habe ich das neue Bauteil zur Verfügung.“ Das beschleunigt nicht nur die Produktion, sondern ermöglicht auch deutlich kürzere Iterationszyklen. Anpassungen an den Gussformen und Kernkästen können so auch kurzfristig vorgenommen und Änderungswünsche einfach umgesetzt werden.

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Zudem sind die Bauteile leichter und damit einfacher zu handhaben. Und auch die Beschaffung und Lagerung des Rohmaterials ist stark vereinfacht, weil für viele Teile kein Holz mehr gekauft, sondern nur das entsprechende Filament bestellt werden muss. Metso Outotec macht sich auch die Möglichkeit zunutze, verschiedene Materialien auf derselben Maschine einzusetzen. So können Oberflächen, die im Einsatz stark beansprucht werden mit höherfesten Materialien wie Pro-HT gedruckt werden, während die darunter liegenden Strukturen aus kostengünstigem PLA bestehen. Mit Hilfe der von BigRep kostenlos bereitgestellten Softwarelösung BLADE lassen sich auch die inneren Strukturen des Objekts anpassen. Strukturen, die höhere Kräfte aufnehmen müssen werden dementsprechend massiver gedruckt, während an anderen Stellen material- und damit auch gewichtssparend gearbeitet werden kann.

Kurze Lernphase und wichtige Erkenntnisse

Nach über 70 auf dem neuen BigRep PRO gedruckten Bauteilen zieht Patricia Moraes ein deutlich positives Fazit. „Die Lernkurve war sehr kurz. […] Nach nur drei Monaten der Einarbeitung haben wir eine Maschineneffizienz von 80% erreicht.“ Erkenntnisse aus dieser Lernphase führten auch schnell zu weiteren Prozessoptimierungen. So stellte sich heraus, dass auch mit größerer Druckdüse und Schichtdicke qualitativ hochwertige Oberflächen erzeugt werden konnten, sodass die Bauteile ohne oder mit nur geringer Nachbearbeitung sofort einsetzbar waren. Auf diese Weise konnten die Druckzeiten fast halbiert und die Masse produzierter Bauteile verdoppelt werden. Je nach Bauteil zeigt die von Metso Outotec durchgeführte Auswertung nach sieben Monaten Kosteneinsparungen im Vergleich zum vorherigen, traditionellen Prozess von 55% bis 70%.

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Die guten Erfahrungen, die Metso Outotec mit den Druckern von BigRep in der Fertigung gemacht hat, fördern auch die Kreativität der Mitarbeiter. Gefragt, ob sie die 3D-Drucker auch an anderer Stelle einsetzen werden, sagt Patricia Moraes: „Wir sehen hier viele weitere Einsatzmöglichkeiten, wie beispielsweise Lehren und Vorrichtungen, aber auch Ersatzteile. […] Gerade für älteres Equipment muss man Ersatzteile oft importieren. Aufgrund der hohen Genauigkeit und den passenden Materialien gibt es hier viele Möglichkeiten.“

Bei Metso Outotec ist man mit der Einführung der 3D-Drucker höchst zufrieden. Sehr gute Qualität der Maschinen und Produkte und insbesondere die Vielseitigkeit und Flexibilität sowohl des BigRep ONE als auch des PRO machen die Geräte zu einer lohnenden Anschaffung. Hier spielt einerseits die große Vielfalt der von BigRep erhältlichen Materialien eine wichtige Rolle, aber auch die gute Unterstützung durch BigRep trägt laut Patricia Moraes stark zur erfolgreichen Umsetzung dieser Modernisierungsmaßnahme bei: „In BigRep haben wir einen sehr guten Partner!“

Highlights: BigRep auf der Formnext 2021

BigRep at Formnext 2021

Nach langen 24 Monaten mit Webinaren, virtuellen Demos und virtuellen Veranstaltungen war das BigRep-Team begeistert, wieder persönlich auf der Formnext, der führenden Branchenplattform für industriellen 3D-Druck und additive Fertigung für Sie da sein zu können.

Für BigRep war es die perfekte Gelegenheit, unsere großformatigen 3D-Drucker, den verbesserten BigRep ONE und neuen BigRep PRO sowie Anwendungen unserer Kunden zu präsentieren.

BigRep-Stand auf der Formnext

Auf dem BigRep-Stand standen die 3D-Drucker, der neue PRO für industrielle Anwendungen und der verbesserte ONE für kreative Innovationen im Mittelpunkt. Mit ihrer enormen Größe zogen sie eine Menge Aufmerksamkeit auf sich. Die Besucher waren begierig darauf, mehr über die Funktionen, Open-Source-Materialien und die Möglichkeiten des großformatigen 3D-Drucks zu erfahren. Potenzielle Kunden sprachen über ihre Anforderungen bezüglich des Drucks von Bauteilen in Originalgröße und die langen Lieferzeiten und hohen Kosten, die durch Outsourcing entstehen - dies sind tatsächlich zwei der Hauptgründe, warum Kunden einen BigRep-Drucker gekauft haben. Das Team analysierte Bauteile direkt auf der Messe, um interessierten Besuchern die Bauteilkosten aufzuzeigen und den Mehrwert zu demonstrieren, den sie aus dem Einsatz unserer Drucker ziehen können.

BigRep ONE - INNOVATION IM GROSSFORMAT. GRENZLOSE KREATIVITÄT.

Der bekannte und beliebte BigRep ONE ist ein weltweit führender 3D-Großformatdrucker zu einem erschwinglichen Preis. Auf der Formnext haben wir die neue, verbesserte Version ONE.4 vorgestellt. Der ONE ist die perfekte Lösung für das Prototyping, die Produktion und eine Vielzahl weiterer Anwendungen. Er ist mit einem neuen, leichteren Portal ausgestattet, das weitaus präziseres Drucken ermöglicht, sowie mit einem für die Verarbeitung faserverstärkter Materialien geeigneten BigRep Power Extruder (PEX). Dieser verfügt über austauschbare Düsen mit Durchmessern von 0,6 mm, 1,0 mm und 2,0 mm - für maximale Detailgenauigkeit oder additive Fertigung mit hohem Durchsatz.

Benutzer können ihren ONE auch individuell konfigurieren und dabei beispielsweise einen Single-, Dual- oder Twin-Extrudermodus wählen. Und auch eine Einhausung oder geänderte Gehäusefarben sind verfügbar, sodass sie sich die für sie perfekte Maschine zusammenstellen können. Wenn sich ihre Bedürfnisse im 3D-Druck weiterentwickeln, dann können Benutzer ihren ONE mit zusätzlichen Features ausstatten, damit er den neuen Ansprüchen genügt.

Besitzer eines ONE profitieren so von maßgeschneiderten Paketen, die genau auf ihre Anwendungen zugeschnitten sind.

BigRep PRO - SCHNELLERE ENTWICKLUNG. SCHNELLERE PRODUKTION. SCHNELLER AM MARKT.

Mit einem Bauvolumen von einem Kubikmeter ist der BigRep PRO ein industrieller 3D-Drucker für die Herstellung von großen Bauteilen in Originalgröße. Produzieren Sie funktionale Prototypen, Werkzeuge, Muster und Formen sowie Endanwendungsteile. Der PRO ist auf Produktivität in allen Fertigungsstufen ausgelegt und bietet Designern, Konstrukteuren und Ingenieuren eine agile Lösung, um schneller und kostengünstiger zu produzieren.

Auf der Formnext haben wir gezeigt, dass der neueste PRO 3D-Drucker einfacher als je zuvor zu benutzen ist - dank BigRep JUMPSTART, einer hybriden Hardware-Software-Lösung, die es Ihnen ermöglicht, ohne große Vorbereitungen einfach mit dem Druck zu beginnen. Sie umfasst SWITCHPLATE, eine abnehmbare und flexible Oberfläche für das Druckbett, LOCKSTAGE zur einfachen und sicheren Befestigung der Extruder und das MXT-Steuerungssystem, das eine manuelle Kalibrierung überflüssig macht und sicherstellt, dass die so immens wichtige erste Schicht jedes Mal perfekt ausgeführt wird. Während der Messe druckten wir eine Vorrichtung aus PA6/66 und BVOH, die von Ford in der Automobilfertigung eingesetzt wird. Da kein anderer Hersteller großformatiger Drucker live gedruckte Bauteile vorweisen konnte, zog das natürlich große Aufmerksamkeit auf sich.

Anwendungsbeispiele großformatigen 3D-Drucks

BigRep-Kunden nutzen die additive Fertigung, um Zeit und Geld zu sparen. Auf dem BigRep-Stand auf der Formnext waren verschiedene Anwendungen unserer Kunden ausgestellt - vom Prototyping über den Formenbau bis hin zu End-Use-Teilen. Die Besucher zeigten sich von der Qualität der ausgestellten Objekte, den Druckzeiten und Materialien beeindruckt.

Canyon Bikes: Rapid Prototyping

Canyon Bike denkt über die Grenzen der traditionellen Fertigung hinaus und testet, was mit neuen Technologien wie dem 3D-Druck möglich ist. Der Vorteil eines großformatigen BigRep 3D-Drucker im Haus, ist, dass 3D-Dateien einfach und direkt gedruckt werden können, um Bauteile und Rahmen in echtem Maßstab zu erhalten - das spart nicht nur viel Zeit, sondern auch Kosten.

Auch beim gezeigten Fahrradrahmen stehen diese Ziele im Vordergrund, während Canyon auf der Suche nach dem effektivsten und funktionellsten Rahmen ist. Der Prototype zog viele Besucher an, weil er live auf der Messe auf einem BigRep ONE aus BigRep HI-TEMP CF mit einer Schichthöhe von 0,6mm gedruckt wurde. Nach einer Druckzeit von unter zwei Tagen war ein 3,8 kg leichter innovativer Fahrradrahmen entstanden.

3D Printed Furniture Formnext

RH Engineering: Design

Mit ihrem BigRep ONE stellt RH Engineering kundenspezifisch entworfene Luxusmöbel her, die einem Raum eine ganz persönliche Atmosphäre verleihen. Gleich zu Beginn stellte sich RH Engineering einer besonderen Herausforderung und druckte dieses Waschbecken, das natürlich vollständig wasserfest sein musste.

Dieses End-Use-Teil wurde in 23 Stunden aus PLA gedruckt und wiegt 2.1 kg. Nach dem Druck wurde das hier ausgestellte Waschbecken beschichtet und erhielt so seine Oberflächenstruktur, die an bearbeiteten Stein erinnert. Es kam dann auf dem Stand tatsächlich auch als funktionierendes Waschbecken zum Einsatz.

3D Printed Model Life-Size Dinosaur

CDM:Studio: Skulpturen

Das Western Australian Museum wandte sich an CDM:Studio um Hilfe für eine Ausstellung, die Dinosaurier und andere Exponate in Lebensgröße zeigen sollte. Die Herausforderung: über 110 Modelle in nur 9 Monaten zu erstellen. Um diese kurze Frist einhalten zu können investierte CDM:Studio in einen BigRep ONE, der rund um die Uhr arbeitet und Objekte wie beispielsweise den ausgestellten Dinosaurierkopf produziert. Das Bauteil wurde in unter drei Tage aus BigRep PRO-HT gefertigt und wog lediglich 4,5 kg, was insbesondere bei der Endmontage der Dinosaurier einen unschätzbaren Vorteil für CDM:Studio darstellt.

Zoeller: Funktionelle Prototypen und End-Use-Parts

Mit der 3D-Drucktechnologie ist Zoeller in der Lage, Oberflächen und Winkel in Bauteile einzubringen, die man auf herkömmliche Weise nicht herstellen kann. Dadurch hat man dort die Möglichkeit besondere Designelemente zu gestalten, aber auch Funktionen zu implementieren die vorher nicht möglich waren, wie beispielsweise das Anbringen von Sensoren in bestimmten Winkeln oder die Integration von Leuchten.

Teile wie das hier ausgestellte werden auf einem BigRep PRO gedruckt und dann an die Fahrzeuge montiert. Dieses in unter zwei Tagen aus 1824 g ASA gedruckte End-Use-Part wird beispielsweise an einer der hinteren Ecken eines Fahrzeugs angebracht.

cfrp-carbon-mold-making

Airflight: Verbundwerkstoff-Formen

Airflight entwickelt Drohnen für den Lastentransport. Der erforderliche Leichtbau und häufige Anpassungen der Bauteile stellen besondere Anforderungen dar. Ihr BigRep 3D Drucker gibt ihnen die Möglichkeit, die Dauer von Iterationszyklen bei der Entwicklung großer Kohlefaserbauteile im Vergleich zur herkömmlichen CNC-Bearbeitung um den Faktor fünf zu verringern. Airflight kann auf diese Weise Prototypen, Vorrichtungen, Aufnahmen und Formen wie die hier ausgestellte produzieren. Diese Form wurde in ca. 34 Stunden aus 4,6 kg HI-TEMP CF gedruckt.

WAT Berlin (2)

WAT: Vorrichtungen und Werkzeuge

Durch den 3D-Druck von Montagevorrichtungen für ihre neuen Qualitätssicherungssysteme vermeidet WAT die hohen Kosten, die traditionell mit der Fertigung anwendungsspezifischer Industriewerkzeuge verbunden sind. Anstatt die Vorrichtungen extern aus Aluminium oder anderen Metallen fertigen zu lassen nutzt WAT den BigRep 3D-Drucker im eigenen Haus, um seine Arbeitsabläufe zu optimieren. Die ausgestellte Montagevorrichtung wurde in nur 82,5 Stunden gedruckt - bevor der BigRep-Drucker angeschafft worden war, dauerte die Fertigung eines solchen Teils oft mehrere Wochen.

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Unser Expertenteam steht bereit, um alle Ihre Fragen zu beantworten. Wenden Sie sich an uns, wenn Sie mehr über die additive Fertigung, die besten Materialien für Ihre Anwendung und die Umsetzung in Ihrem Unternehmen erfahren möchten!

THINK BIG! Wir helfen Ihnen, Ihr Ziel zu erreichen!

Nikola Corporation investiert in einen BigRep PRO, um damit die Zukuft schwerer Lastwagen zu formen

Die Nikola Corporation entwickelt innovative Energie- und Transportlösungen, dafür hat sie in den BigRep PRO, einen Großformat-3D-Drucker, investiert. Damit sollen die Konstruktions- und Fertigungsprozesse ihrer emissionsfreien batterieelektrischen und Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge, der Antriebsstränge von Elektrofahrzeugen, Fahrzeugkomponenten, Energiespeichersysteme und der Infrastruktur von Wasserstoffstationen rationalisiert werden.

BigRep, der weltweit führende Anbieter von Technologien und Lösungen im Bereich der großformatigen additiven Fertigung (Additive Manufacturing - AM), ist bekannt für seine in Deutschland entwickelten 3D-Drucker der nächsten Generation wie den BigRep PRO. Spezialisiert auf industrielle Lösungen für innovative Hersteller wie Nikola und fortschrittliche AM-Anwendungen, sind BigRep und Nikola, aufgrund ihres Rufs, innovative Technologien zu verbreiten, eine ideale Ergänzung.

Der BigRep PRO verändert die Art und Weise, wie Branchenführer wie Nikola die additive Fertigung einsetzen. Die Integration von AM in Design- und Fertigungsprozessen öffnet die Tür für Verbesserungen von Prozessen, Produktdesign und Betriebsabläufen. Wie bei Nikola ist die additive Fertigung in der Lage, eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung der Zukunft des Güterverkehrs zu spielen. Unterstützt wird dies durch BigReps einzigartige Technologie und das Portfolio an hochwertigen Materialien in Ingenieurqualität - entwickelt in BigReps enger Zusammenarbeit mit BASF.

"Unsere Vision bei der Nikola Corporation ist es, ein weltweit führender Anbieter von emissionsfreiem Transport zu werden - und Innovation spielt eine wichtige Rolle, um dies zu erreichen. Wir haben uns für den BigRep PRO aufgrund seines großen Bauvolumens, der Kompatibilität mit Filamenten von Drittanbietern und der hochmodernen CNC-Steuerungssysteme von Bosch-Rexroth entschieden", sagte Riley Gillman, Technical Operations Manager der Nikola Corporation. "Die ersten Drucke, die wir durchgeführt haben, dauerten 17 Tage. Seitdem haben wir den PRO so ziemlich ununterbrochen laufen lassen. Er hilft uns beim Drucken von Bauteilen und Komponenten mit seiner großen Druckkapazität, seiner hohen Auflösung und Genauigkeit während des gesamten Prozesses."

Nikola Motors BigRep PRO Tre Print Left Bumper
Nikola Tre close-up on left bumper

Nikola verlässt sich auf den BigRep PRO, um Vorrichtungen für Montage, Schweißen und Prüfungen mit einer Koordinatenmessmaschine (CMM), die alle ein hohes Maß an Präzision erfordern, zu drucken. Darüber hinaus produziert der PRO Testkomponenten für die Passungsprüfung an den Fahrzeugen des Unternehmens und fertigt einige Endanwendungsteile.

"Wir freuen uns, mit der Nikola Corporation zusammenzuarbeiten, indem wir sowohl die industriellen 3D-Drucker von BigRep als auch unser Fachwissen über innovative Anwendungen zur Verfügung stellen", sagt Frank Marangell, BigRep CBO und Präsident von BigRep America. "Die Vielfalt der Anwendungen, die Nikola druckt, verdeutlicht die Flexibilität und das Hochleistungspotenzial des PRO in anspruchsvollen Branchen wie der Automobilindustrie. Nikola reiht sich in die Liste anderer führender Unternehmen der Automobilindustrie ein, die von der beispiellosen Geschwindigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit unseres Flaggschiffsystems profitieren, die es zur perfekten Wahl für hochmoderne AM-Anwendungen machen".

Der BigRep PRO ist speziell für den 3D-Druck von großformatigen Produktionsteilen konzipiert, die in Hochleistungsanwendungen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen Branchen benötigt werden. Der BigRep PRO verfügt über einen Bauraum von fast einem Kubikmeter und ist mit einem hochmodernen CNC-Bewegungssteuerungssystem von Bosch Rexroth ausgestattet, das IoT-Konnektivität zur vollständigen Integration mit Industrie 4.0 bietet.

Um ein perfektes Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Auflösung zu schaffen, bietet BigRep zwei Extrudervarianten für den PRO an, den Advanced Capability Extruder (ACE) und den BigRep MXT®, die firmeneigene Metering Extruder Technology. Eine große, luftdichte Filamentkammer ermöglicht das kontinuierliche Drucken mit technisch hochwertigen Filamenten wie PA6/66, ABS, ASA, Carbonfaser-Filamenten und mehr. Der PRO arbeitet mit der BLADE-Slicer-Software von BigRep, die genaue Berechnungen der Druckzeit und des Materialverbrauchs für eine hohe Produktivität sowie einfache Werkzeuge für den einfachen Batch- und Spiegeldruck bietet.

 

DER PROFESSIONELLE 3D-DRUCKER FÜR DIE INDUSTRIE

Der BigRep PRO ist ein Großformat-3D-Drucker, der auf hohe Produktivität in der industriellen Fertigung ausgelegt ist. Für Ingenieure und Hersteller bildet der 3D-Drucker eine in hohem Maße skalierbare Lösung, mit dem Teile und Produkte für den Endverbraucher oder Fertigungswerkzeuge aus technischen Hochleistungswerkstoffen effizient hergestellt werden können. Mit einem großzügigen Bauvolumen von 1 m3 trägt dieser schnelle und zuverlässige 3D-Industriedrucker zur Beschleunigung Ihrer Produktion bei.

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DER PROFESSIONELLE 3D-DRUCKER FÜR DIE INDUSTRIE

Der BigRep PRO ist ein Großformat-3D-Drucker, der auf hohe Produktivität in der industriellen Fertigung ausgelegt ist. Für Ingenieure und Hersteller bildet der 3D-Drucker eine in hohem Maße skalierbare Lösung, mit dem Teile und Produkte für den Endverbraucher oder Fertigungswerkzeuge aus technischen Hochleistungswerkstoffen effizient hergestellt werden können. Mit einem großzügigen Bauvolumen von 1 m3 trägt dieser schnelle und zuverlässige 3D-Industriedrucker zur Beschleunigung Ihrer Produktion bei.

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AUTOTEILE AUS DEM 3D-DRUCKER FÜR SOLAR-AUTOS

3D Printed Solar Powered Car Prototype

3D-gedruckte Autoteile helfen Ingenieuren, schnell Prototypen von Solarautos zu bauen. Damit beschleunigen sie die Forschung, um Alternativen für fossile Kraftstoffe zu finden.

Der explosionsartig wachsende Trend zu Elektrofahrzeugen (EVs) macht den Weg frei für neue Methoden der Energieerzeugung. Weg von begrenzten, teuren und umweltschädlichen Ressourcen.

Da Strom immer noch größtenteils aus fossilen Brennstoffen wie Kohle und Erdgas erzeugt wird, bremst die Energieerzeugung die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks von Elektrofahrzeugen.

Glücklicherweise verspricht die laufende Forschung an Autos mit integrierten Solarzellen neue Möglichkeiten bei Umweltschutz, Energieunabhängigkeit und dem ungehinderten Zugang zu Strom und Mobilität auf der ganzen Welt.

3D Printed Car Parts - Solar Car
Konzeptdarstellung des Solarautos Archimede von Futuro Solare für den Privatgebrauch

Angespornt durch globale Events wie das internationale Solarautorennen in Australien, die Bridgestone World Solar Challenge, arbeiten Ingenieure an Fahrzeugen mit integrierten Solarpanels.

BigRep und andere Sponsoren stellen den Forschern die Mittel zur Verfügung, um Solarautos zu konstruieren und zu testen, die an diesen Rennen teilnehmen. Die Fahrzeuge und ihr Konstruktionsprozess werden zwar für diese öffentlichen Veranstaltungen konstruiert, dienen jedoch dazu, die Forschung im Bereich der Solarfahrzeuge voranzutreiben. Das Ziel ist dabei immer diese Technologie für normale Verbraucher verfügbar zu machen.

Für einige Teams spielen die Industrie-3D-Drucker von BigRep eine wichtige Rolle bei der Entwicklung. Der fehlende Zugang zu teuren traditionellen Fertigungstechnologien stellt für die kleinen Teams, die an Solarfahrzeugen arbeiten, ein großes Hindernis dar. Glücklicherweise lässt sich die additive Fertigung leicht für die Herstellung von funktionellen Vorrichtungen, Prototypen und anderen 3D-gedruckten Autoteilen einsetzen.

3D-gedruckte Autoteile: Hitzebeständige Batteriehalterungen für Futuro Solare

Bei Futuro Solare, einem italienisch-sizilianischen Team von Ingenieuren und Solarfahrzeug-Enthusiasten, widmen sie sich der Aufgabe, fossile Brennstoffe aus dem Alltag zu verbannen. Wie viele andere Institutionen arbeiten sie auf dieses Ziel hin, indem sie solarbetriebene Fahrzeuge entwickeln.

3D Printed Car Parts: Battery Frame
Der Solarrennwagen Archimede 1 von Futuro Solare

Als die Gruppe mehrere Halterungen für den Batterieblock ihres Solarautos benötigte, steckte sie bei der Beschaffung in einem komplizierten Dilemma. Da ihr Rennwagen vollständig maßgeschneidert ist, gibt es auf dem Markt keine fertigen Bauteile zu kaufen. Schlimmer noch, da sich das Prototypen-Fahrzeug ständig verändert, besteht eine gute Chance, dass das Team bald eine weitere Überarbeitung der Vorrichtung benötigt: teure, speziell gefräste Vorrichtungen müssten komplett ersetzt werden. Das Team brauchte eine maßgeschneiderte Lösung, die erschwinglich und leicht ist. Was am wichtigsten ist, die Halterung muss der Hitze widerstehen können, die der Batterieblock oder andere Komponenten abgeben.

Futuro Solare wandte sich an NOWLAB, das Innovationslabor von BigRep, um geeignete Vorrichtungen aus einem hitzebeständigen Material, das ihren Anforderungen entspricht, in 3D zu drucken. BigReps HI-TEMP-Filament - ein erschwingliches Bio-Polymer, das in der Lage ist, Temperaturen bis zu 115 ˚C standzuhalten - war die perfekte Lösung. Die Vorrichtung wurde gedruckt und in Futuro Solares aktuelles Solarauto eingebaut. Sie wurde seitdem iimer wieder schnell und einfach aktualisiert, um sich an das ständig weiterentwickelnde Design anzupassen.

3D Printed Car Parts: Battery Frame
Printing battery block fixtures for Futuro Solare's Archimede.

Windkanal-Tests mit dem Team Sonnenwagen

Das Team Sonnenwagen, ein Solar-Rennteam der RWTH Aachen, bereitete sich auf sein zweites Jahr bei der World Solar Challenge vor. Nachdem die Ingenieure aus ihren Erfahrungen im Jahr 2017 gelernt hatten, wussten sie, wie wichtig es war, die Aerodynamik ihres Solar-Rennwagens vor dem Start des Rennens sorgfältig zu überprüfen. Leider war der Windkanal der Hochschule zu klein, um das Fahrzeug in Originalgröße zu testen. Das Team Sonnenwagen wandte sich an BigRep, um eine Lösung mittels additiver Fertigung zu finden.

Für das Team Sonnenwagen war es wichtig zu verstehen, wie sich das Fahrzeug angesichts der unterschiedlichen Kräfte, die bei einem Rennen auftreten, verhalten wird. Schließlich würde einer aus dem Team auf den Fahrersitz sitzen, um mit 140 km/h durch das australische Outback zu rasen. BigRep unterstützte das Team Sonnenwagen mit Hilfe unseres 3D-Druckservice - 3D PARTLAB.

Mit dem gewaltigen Bauvolumen unserer industriellen 3D-Drucker von einem Kubikmeter konnten wir ein perfektes Modell des Fahrzeugs im Maßstab 1:2,5 erstellen. In einem entsprechend verkleinerten Maßstab konnte das Team seine Konstruktion in den Windkanal der RWTH Aachen bringen und den Tests zur Vorbereitung auf das Rennen unterziehen. Mithilfe des Modells konnten sie den Abtrieb des Fahrzeugs validieren, den Luftwiderstand überprüfen und eine Vielzahl anderer aerodynamischer und Krafttests durchführen, die dem Team halfen, konkurrenzfähig und sicher zu bleiben.

3D Printed Car Prototype for Wind Tunnel Tests
Team Sonnenwagen uses smoke on their scaled solar racecar to asses the aerodynamics.

3D-gedruckte Autoteile lassen Solar-Autos wahr werden

Additive Fertigung spielt eine immer größere Rolle bei der Entwicklung von Spitzentechnologie. Solarbetriebene Fahrzeuge sind nur ein Beispiel für eine Technologie, die von kurzen Rapid-Prototyping-Zyklen, erschwinglichen maßstabsgetreuen Modellen und On-Demand-Lösungen in Industriequalität für Ersatzteile und Vorrichtungen profitiert.

Aufgrund der Möglichkeiten, die die großformatige additive Fertigung bietet, wie die industriellen 3D-Drucker von BigRep, verfügen innovative Forscher wie Futuro Solare und das Team Sonnenwagen über Ressourcen, die in dieser Größenordnung nie zuvor zugänglich waren. Mit ihnen war eine beschleunigte Forschung im Bereich der integrierten erneuerbaren Energien möglich. Damit kommen wir immer näher an zuverlässige solarbetriebene Fahrzeuge, die neue Maßstäbe in Sachen Umweltschutz und Energieunabhängigkeit auf der ganzen Welt setzen.

Erfahren Sie mehr über Additive Manufacturing

LEITFADEN ZUR INTEGRATION DER GROßFORMATIGEN ADDITIVEN FERTIGUNG

Das 3D-Drucken eines großen Bauteils in einem Stück bedeutet, dass weniger Zeit für die Durchführung mehrerer Druckaufträge oder den Zusammenbau kleinerer Teile aufgewendet werden muss und mehr Zeit dafür verwendet werden kann, diese Bauteile einzusetzen.

3D-GROßFORMATDRUCKER FÜR BILDUNG UND FORSCHUNG

Erfahren Sie, wie die Kingston University, die Helmut-Schmidt-Universität und andere Universitäten BigRep 3D-Drucker für ihren Unterricht und ihre Forschung einsetzen.

3D Drucke weiterverarbeiten

Post Processing 3D Printed Parts

3D-Druck Nachbearbeitung: 16 Wege

Holen Sie mehr aus Ihren 3D-Drucken heraus - mit glatteren Oberflächen, verbesserten mechanischen Eigenschaften, einer verbesserten Ästhetik und mehr.

Verschaffen Sie sich hier einen Überblick über 14 Techniken zur Nachbearbeitung oder sehen Sie sich einige Beispiele aus der Praxis in diesem eBook und Webinar an:

Why 3D Print Post Processing Smooth Surface

OBERFLÄCHEN GLÄTTEN

Reduzieren Sie die Sichbarkeit der Druckschichten und verfeinern Sie die Oberflächen

Why 3D Print Post Processing Strengthen Parts

BAUTEILE VERSTÄRKEN

Verstärken Sie Ihre Bauteile für zusätzliche Festigkeit und Haltbarkeit

Why 3D Print Post Processing Add Functionality

FUNKTION ERWEITERN

Von UV- und Wetterbeständigkeit bis hin zu Leitfähigkeit und mehr

Why 3D Print Post Processing A

ÄSTHETISCH VEREDELN

Bearbeiten Sie das Oberflächenbild für optisch ansprechende Teile

Alle 3D-Drucke werden Schicht für Schicht hergestellt, was zu einer geriffelten Oberflächentextur führt, die bei niedrigeren Druckauflösungen stärker ausgeprägt ist. Wenn für Ihr Bauteil Stützstrukturen erforderlich sind, kann es an deren Kontaktpunkten zusätzliche Fehlstellen aufweisen. Diese Übersicht behandelt den ersten Schritt der Nachbearbeitung von Bauteilen, das Entfernen von Stützstrukturen, und die drei Kategorien der Nachbearbeitung: Subtraktiv, Additiv und Materialveränderung.

Entfernen von Support-Material

Sofern Ihr Bauteil nicht für den 3D-Druck ohne Support-Material optimiert ist, werden Sie wahrscheinlich mit Stützstrukturen drucken. Diese lassen sich in der Regel leicht abtrennen, aber selbst gut gestaltete Stützen hinterlassen Unebenheiten an den Stellen, an denen sie zuvor mit dem Bauteil verbunden waren. Um diese Bereiche zu glätten, empfiehlt es sich, das gesamte Bauteil mit einer der unten beschriebenen Methoden nachzubearbeiten.

Mit einem 3D-Drucker mit zwei Extrudern können Sie lösliche Stützstrukturen drucken, die sich in Wasser auflösen und keine Spuren auf Ihrem Bauteil hinterlassen. Sie sind besonders nützlich, wenn eine Nachbearbeitung sonst nicht notwendig ist.

3D Print Post Processing Support Removal

SUBTRAKTIVE NACHBEARBEITUNG

Breiteste Bereich ist die subtraktive 3D-Druck-Nachbearbeitung, bei der Material von der Werkstückoberfläche entfernt wird, um diese gleichmäßiger und glatter zu machen.

ADDITIVE
NACHBEARBEITUNG

Bei der additiven Nachbearbeitung wird zusätzliches Material direkt auf gedruckte Bauteile aufgebracht. Additive Verfahren sind hocheffizient, um Werkstücke zu glätten und gleichzeitig die Festigkeit zu erhöhen und andere mechanische Eigenschaften hinzuzufügen.

VERÄNDERUNG DER STOFFEIGENSCHAFT

Bei der Nachbearbeitung wird weder Material entfernt noch hinzugefügt. Durch Material-Verlagerung werden die Moleküle eines 3D-Drucks umverteilt. Durch thermische und chemische Behandlungen werden Glattere und festere Bauteile erreicht.

Subtraktive Nachbearbeitungsmethoden

Die wahrscheinlich häufigste Form des Post-Processing ist die subtraktive Nachbearbeitung, bei der ein Teil des Materials vom Werkstück entfernt wird. Normalerweise geschieht dies in Form von Schleifen oder Polieren eines Bauteils, aber es gibt eine Vielzahl anderer Methoden, wie z. B. Trommelschleifen, Fräsen oder Sandstrahlen.

Schleifen & Polieren

  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Sowohl beim Schleifen als auch beim Polieren werden Oberflächenschichten durch Reibung mit einem abrasiven Material entfernt. Für das Schleifen werden gröberes Schleifpapier und Schleifwerkzeuge benötigt, während beim Polieren feineres Schleifpapier, Stahlwolle, Polierpaste oder Lappen verwendet werden können.

Durch das Schleifen werden größere Unebenheiten wie Trägerreste oder Druckunregelmäßigkeiten entfernt und die Sichtbarkeit von Druckschichten verringert. Der Schleifvorgang hinterlässt eine körnige, wenn auch gleichmäßigere Oberflächentextur, und sehr grobes Schleifpapier hinterlässt Oberflächenkratzer. Das Polieren des Werkstücks nach dem Schleifen erzeugt eine noch glattere Oberfläche.

Einfachheit und niedrige Kosten machen Schleifen und Polieren zu den gebräuchlichsten Methoden der Nachbearbeitung, aber beide erfordern Arbeit, die bei größeren Bauteilen und Chargen zeitaufwendig ist. Diese Methoden eignen sich möglicherweise nicht für Werkstücke mit schwer zugänglichen Hohlräumen.

3d-print-post-processing-sanding-polishing

Trommelschleifen

3D Print Post Processing
  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Eine Trommelmaschine besteht aus einer vibrierenden Wanne, die eine Schmierflüssigkeit und Schleifmittel enthält. Dabei handelt es sich um spezielle Steine, die Objekte entsprechend ihrer Größe, Form und Härte abschleifen, während sie zusammen taumeln. Ein 3D-gedrucktes Bauteil wird einfach zusammen mit den Schleifsteinen für eine bestimmte Zeit in einen rotierenden Bottich gelegt. Es ist ein gewisses Fachwissen erforderlich, um die Werkstücke mit dem richtigen Schleifmittel und der richtigen Bearbeitungszeit zu kombinieren, aber wenn es richtig gemacht wird, ist es sehr effektiv, um gleichmäßige Oberflächen zu erzeugen.

Das Trommelschleifen ist ein weitgehend automatisches subtraktives Verfahren, mit dem mehrere Bauteile gleichzeitig nachbearbeitet werden können, was für die Glättung von Bauteilchargen nützlich ist. Trommelmaschinen gibt es in verschiedenen Größen, sodass auch größere Werkstücke bearbeitet werden können. Da das Schleifmittel ständig in Kontakt mit dem Bauteil ist, benötigen größere Werkstücke keine längere Bearbeitungszeit, sondern nur größere Maschinen mit der entsprechenden Menge an Schleifmittel. Allerdings können bei komplexen Formen Details verloren gehen und scharfe Kanten können durch das Trommelschleifen leicht abgerundet werden.

Sandstrahlen

  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Sandstrahlen ist eine subtraktive Nachbearbeitungsmethode, bei der abrasives Material mit hohem Druck auf 3D-gedruckte Bauteile gesprüht wird. Bei großen Werkstücken kann dies in einer offenen Umgebung erfolgen, aber kleinere Teile werden normalerweise in einer Sicherheitskammer bearbeitet, die das Strahlmittel auffängt und wiederverwendet. Wie bei anderen Schleifverfahren gibt es eine Reihe von Körnungen, die je nach Teilegeometrie und gewünschter Oberfläche ausgewählt werden müssen. Sand ist ein häufig verwendetes Schleifmaterial, aber auch andere kleine grobe Objekte wie Kunststoffkugeln können für unterschiedliche Ergebnisse verwendet werden.

Da das Strahlmittel kleiner ist als beim Trommeln, ist das Strahlen bei sehr rauen Oberflächen oder hohen Schichthöhen weniger effektiv. Bei dieser Methode werden nur Oberflächen behandelt, die vom Strahlgutstrom erreicht werden können, daher können komplexe Geometrien und Hohlräume möglicherweise nicht bearbeitet werden. Außerdem kann das Strahlwerkzeug nur kleine Bereiche auf einmal bearbeiten, daher kann diese Methode langsamer sein und es ist schwierig, mehrere Bauteile gleichzeitig zu bearbeiten.

3d-print-post-processing-abrasive-blasting-sand-blasting

CNC-Fräsen

3d-print-post-processing-cnc-machining-milling
  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

CNC-Fräsen ist eigentlich die Umkehrung des 3D-Drucks - es verwendet einen computergesteuerten Fräser, der sich in drei Achsen bewegt (und manchmal auch dreht), um die gewünschte Geometrie herauszuschneiden. Wie 3D-Drucker verwendet die Fräse "G-Code", um die Bewegungen des Werkzeugs zu programmieren, in diesem Fall ein Fräswerkzeug anstelle eines Filament-Extruders.

Während die CNC-Bearbeitung als hochpräzise von 0,005" bis 0,00005" gilt, kann sie bestimmte Geometrien nicht herstellen und verschwendet oft Material. Umgekehrt kann der großformatige 3D-Druck nicht die gleiche Genauigkeit erreichen, kann aber viel komplexere Geometrien herstellen und verschwendet sehr wenig Material.

Es ist in der Regel weder zeit- noch kosteneffektiv, die gesamte Oberfläche eines 3D-gedruckten Bauteils zu fräsen, und es kann schwierig sein, das Fräswerkzeug auf die Druckposition zu kalibrieren. Aber obwohl diese beiden Produktionsmethoden scheinbar im Widerspruch zueinander stehen, gibt es einige Situationen, in denen sie zusammen verwendet werden können. Wenn ein Teil eines 3D-gedruckten Bauteils extrem glatt oder genau sein muss, kann dieser spezielle Bereich gefräst werden. Alternativ können Hersteller Material einsparen, indem sie ein Teil in einem groben Zustand 3D-drucken, bevor sie es in hoher Genauigkeit fräsen.

Tauchen im chemischen Bad

  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Bei diesem Prozess wird das Werkstück in ein chemisches Bad eingetaucht, das die einen kleinen Teil der Oberfläche abträgt. Der Prozess beinhaltet ätzende Materialien wie Lauge, Natriumhydroxid oder Dichlormethan und sollte nur von Fachleuten mit den erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen durchgeführt werden. Die Wahl der geeigneten Chemikalie hängt ganz vom Material des 3D-Drucks ab, da die Chemikalie abrasiv auf das Druckmaterial wirken muss.

Es ist etwas Fachwissen erforderlich, um zu bestimmen, wie lange Bauteile eingetaucht bleiben sollten: zu kurz und das Bauteil wird nicht ausreichend glatt, zu lang und die komplette Oberfläche könnte aufgelöst werden. Normalerweise wird das eingetauchte Werkstück vorsichtig bewegt, um das chemische Bad zu aktivieren und eventuelle Luftblasen zu entfernen.

Das Verfahren ist ideal für komplexe Geometrien, da das chemische Bad alle Oberflächen der eingetauchten Bauteile gleichzeitig behandelt. Die Größe des Chemikalientauchbehälters begrenzt einstrprechend die Abmessungen der behandelbaren Bauteile.

Additive Nachbearbeitungsmethoden

Die additive Nachbearbeitung bringt zusätzliches Material direkt auf gedruckte Werkstücke auf und ist hocheffizient, um Bauteile zu glätten und gleichzeitig Festigkeit und andere mechanische Eigenschaften hinzuzufügen. Es gibt ein breites Spektrum an Methoden vom Spachteln über das Grundieren, Beschichten, Metallisieren und mehr.

3D Print Post Processing Chemical Dipping Acetone

Additive Nachbearbeitungsmethoden

Die additive Nachbearbeitung bringt zusätzliches Material direkt auf gedruckte Werkstücke auf und ist hocheffizient, um Bauteile zu glätten und gleichzeitig die Oberflächen-Festigkeit zu erhöhen oder andere andere mechanische Eigenschaften hinzuzufügen. Es gibt ein breites Spektrum an Methoden vom Füllenüber das Grundieren, Beschichten und mehr.

Spachteln

  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Beim Spachteln wird eine dicke Paste, die Spachtelmasse, verwendet, um Kerben wie die winzigen Lücken zwischen den Schichten eines 3D-Drucks aufzufüllen. Es wird in der Regel als erster Schritt vor dem Schleifen oder dem Aufbringen zusätzlicher Schichten verwendet. Es gibt eine große Auswahl an Spachtelmassen, von Pasten bis zu Sprays aus verschiedensten Materialien, von leichtem Spachtel bis zu 2-Komponenten-Harzen.

Spachtelmassen, wie Holzspachtel oder Haushaltsspachtel, sind in der Regel die zugänglichste Option. Sie werden einfach auf die Oberfläche des Werkstücks aufgetragen und können durch leichtes Schleifen geglättet werden. Sprühspachtel sind einfach aufzutragen, bieten aber nur eine dünne Oberflächenabdeckung, was zu einer raueren Beschichtung führt. Robustere, aber anspruchsvollere Optionen sind Harzspachtel, die mit einer von zwei Methoden ausgehärtet werden müssen: Mischen mit einem Härter oder UV-Belichtung. Harze sind mit verschiedenen Viskositäten, Aushärtungsgeschwindigkeiten und erweiterten Eigenschaften wie UV- und Hitzebeständigkeit erhältlich. Für einige UV-gehärtete Harzspachtel kann es ausreichen, die Bauteile in der Sonne liegen zu lassen, aber für andere ist eine spezielle UV-Kammer erforderlich.

Verwenden Sie bei der Verarbeitung jeglicher Art von Harz Handschuhe und sorgen Sie für eine gute Belüftung des Arbeitsraums. Vergewissern Sie sich, dass Sie mit den Anforderungen Ihres Spachtelmaterials oder Ihrer Beschichtung vertraut sind, bevor Sie es auf ein Bauteil auftragen, da dies den Zeit- oder Geräteaufwand für die Nachbearbeitung drastisch verändern kann.

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Für einige UV-härtende Spachtelmassen kann es ausreichen, die Teile in der Sonne liegen zu lassen, für andere wird eine spezielle UV-Kammer benötigt. 

Vergewissern Sie sich, dass Sie mit den Anforderungen Ihres Spachtelmaterials oder Ihrer Beschichtung vertraut sind, bevor Sie es auf ein Bauteil auftragen, da dies den Zeit- oder Geräteaufwand für die Nachbearbeitung drastisch verändern kann.

Grundieren

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  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Grundierungen bereiten 3D-gedruckte Bauteile für das Aufbringen nachfolgender Schichten vor, indem sie die Oberfläche für eine bessere Haftung vorbehandeln. Sie sind weit weniger zähflüssig als Spachtelmassen und können nur sehr kleine Unebenheiten der Oberfläche glätten, sodass ihre Hauptfunktion die Vorbereitung der Haftfläche ist. Grundierungen sind zum Sprühen oder für den Pinselauftrag erhältlich, wobei Sprühgrundierungen eine gleichmäßigere Beschichtung erzeugen können.

Um ein Werkstück möglichst effektiv zu grundieren, sollten die Unebenheiten und Schichtkerben zunächst durch andere Nachbearbeitungsmethoden wie Schleifen oder Spachteln reduziert werden. Stellen Sie sicher, dass Ihre Grundierung für die Kunststoffhaftung ausgelegt und für weitere Materialien, die Sie später auftragen möchten, geeignet ist.

Pinselauftragsverfahren

  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Flüssige Beschichtungen bestehen aus den verschiedensten Materialien wie Farbe, Lack, Harz oder sogar Kunststoff. Die Pinselbeschichtung ist der einfachste Weg, um einzelne oder kleine Chargen von 3D-Druckteilen zu glätten. Die Oberflächenglätte kann zwar aufgrund von Pinselstrichen uneinheitlich sein, aber die Auswahl eines Materials mit der richtigen Viskosität kann diese Unregelmäßigkeiten vermeiden.

Für eine robuste und glatte Oberfläche verwenden Sie ein 2-Komponenten-Harz, das eine Mischung aus Harz und einem Härter ist. Bei der Kombination entsteht eine exotherme chemische Reaktion, die das Harz in einer bestimmten Zeit aushärtet. Es gibt eine riesige Auswahl an Harzprodukten für eine Vielzahl von Anwendungen: Harze für dünne Oberflächen, Gießharze für größere Volumina, schnell und langsam härtende Harze und Harze mit Zusätzen (wie z. B. Aluminium) für zusätzliche Funktionen wie Temperatur-, UV- oder Chemikalienbeständigkeit.

Um beim Pinselauftrag eine möglichst glatte Oberfläche zu erzielen, verwenden Sie ein Harz mit einer geeigneten Viskosität, die Pinselstriche ausgleicht, ohne dass Material vom Bauteil abtropft. Es gibt Harzprodukte, die speziell für 3D-Drucke geeignet sind und sehr glatte Oberflächen nach einem Arbeitsgang erzielen können.

Beim Streichen anderer Materialien wie Farbe oder Lack kann es schwieriger sein, Pinselstriche zu vermeiden, aber viele Beschichtungen können nach dem Trocknen geschliffen werden, um eine glattere Oberfläche zu erhalten. Es ist auch möglich, eine zusätzliche Beschichtung aus einem anderen Material, z. B. 2K-Harz, aufzutragen, um ein glatteres Endergebnis zu erzielen.

3D Print Post Processing Brush Coating

Sprühbeschichtung

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  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Als breit gefächerte und skalierbare Nachbearbeitungstechnik bietet die Sprühbeschichtung eine Reihe von praktikablen Methoden, die von Heimwerkerprojekten bis hin zur Automatisierung im industriellen Maßstab reichen. Sprühbeschichtungen sind in einer Vielzahl von Materialien wie Farben, Lacken, Harzen, Kunststoffen und Gummis erhältlich, um nur einige zu nennen.

Der einfache Ansatz für Heimwerkerprojekte ist eine Sprühdose, mit der Lack aufgetragen wird. Da diese Methode in der Regel zu einer minimalen Oberflächenglättung führt, wird empfohlen, das Bauteil zunächst zu schleifen und mehrere Schichten aufzutragen. Das Auftragen einer Sprühgrundierung kann dazu beitragen, dass die Beschichtung besser auf dem Werkstück haftet. Sprühfarbe kann für ästhetische Verbesserungen verwendet werden und Sprühlack kann die Oberfläche vor Abplatzungen, Verschleiß und UV-Schäden schützen.

Bei großvolumigen oder industriellen Anwendungen kann ein Roboterarm, der mit einem Sprühwerkzeugkopf ausgestattet ist, eine breite Palette von Beschichtungen auf ein 3D-gedrucktes Bauteil auftragen. Die Anwendung erfolgt typischerweise in einer Kabine mit einem entsprechenden Luftfilter. Diese Methode ermöglicht eine größere Auswahl an Materialien, einschließlich 2K-Sprühbeschichtungen, Grundierungen, Lacken und mehr, und führt zu einer höheren Auftragspräzision und -gleichmäßigkeit. Ein Roboterarm beschleunigt die Bearbeitungszeit und macht die Nachbearbeitung von hohen Stückzahlen auf industriellem Niveau möglich.

Die Sprühbeschichtung eignet sich am besten für die Veredelung großer Werkstücke, im Gegensatz zu anderen additiven Methoden wie Tauchen, Folieren oder Pulverbeschichten. Die letzteren Methoden erfordern alle eine Maschine oder Wanne, die das gesamte Bauteil aufnehmen kann, während die Sprühbeschichtung nur durch die Größe des Raums begrenzt ist, in dem sie durchgeführt wird.

Folieren

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Beim Folieren oder Vinyl Wrapping wird eine Klebefolie aus Metall oder Kunststoff auf ein Objekt aufgebracht. Allgemein bekannt für die Ummantelung von Fahrzeugen, kann Vinyl Wrapping mit einem geeigneten Material auch auf 3D-gedruckte Objekte aufgebracht werden. Je nach Material kann die Folie die Hitze- und Belastungsbeständigkeit erhöhen, wird aber oft auch zur ästhetischen Aufwertung wie Glättung und Oberflächenqualität eingesetzt.

Die Schwierigkeit dieser Nachbearbeitungsmethode hängt von der Größe und Komplexität Ihres Bauteils ab. Eine einfache Geometrie, wie z. B. die leicht gewölbte Seitenwand eines Fahrzeugs, ist relativ einfach zu folieren, aber komplexe Formen sind schwieriger und teilweise unmöglich zu folieren.

Das Wrapping ist besonders geeignet, um detaillierte Oberflächendesigns auf 3D-gedruckte Bauteile aufzubringen. Klebefolien gibt es in einer großen Auswahl an Farben und Mustern sowie in individuell gedruckten Designs. Die Folie kann von Hand aufgetragen werden, wobei das Material über die Objekte gespannt wird, um sicherzustellen, dass keine Unvollkommenheiten wie Luftblasen zurückbleiben. Oft werden dabei Heißluftpistolen verwendet, um das Aufbringen zu erleichtern und Fehlstellen zu vermeiden. Bei der Vakuumfolierung wird der Prozess automatisiert, um schnellere und präzisere Ergebnisse zu erzielen und sicherzustellen, dass sich das Material so perfekt wie möglich um das Werkstück wickelt.

Das Folieren ist in der Regel nicht für komplexe Bauteile geeignet, da die Folie nur sehr schwer gleichmäßig und innerhalb von Hohlräumen aufgebracht werden kann.

3D Print Post Processing Foiling

Die Schwierigkeit bei der Folierung hängt von der Größe und Komplexität Ihres Bauteils ab. Eine glatte Oberfläche - wie die Seitenverkleidung eines Fahrzeugs - sollte einigermaßen einfach zu folieren sein, aber komplexe Formen werden exponentiell schwieriger.

Tauchbeschichtung

3D Print Post Processing Dipping Coating
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  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Bei der Tauchbeschichtung wird ein Werkstück in eine Wanne mit Material wie Farbe, Harz, Gummi usw. eingetaucht und nach einer bestimmten Zeit wieder herausgenommen, wodurch eine gleichmäßige Verteilung auf der Oberfläche entsteht. Das Bauteil kann mehrmals getaucht werden, um eine dickere Beschichtung und eine glattere Oberfläche zu erhalten. Das Eintauchen kann zur ästhetischen Veredelung und zur Funktionsverbesserung verwendet werden, wie z. B. zur Erhöhung der Festigkeit und Beständigkeit gegen Hitze, Chemikalien, Wetter usw.

Der typische Tauchprozess besteht aus fünf Stufen:

  1. Eintauchen: Das 3D-gedruckte Bauteil wird mit konstanter Geschwindigkeit in eine Wanne mit Material eingetaucht.
  2. Tauchen: Das Bauteil bleibt für eine bestimmte Zeit eingetaucht, damit die Beschichtung anhaften kann.
  3. Abscheidung: Das Bauteil wird mit einer konstanten Geschwindigkeit entnommen, während eine dünne Schicht des Materials auf dem Bauteil verbleibt.
  4. Abtropfen: Überschüssiges Material tropft von der Oberfläche des Bauteils zurück in die Wanne.
  5. Verdunstung: Wenn die Beschichtung aushärtet, verdampft das Lösungsmittel aus dem Material und hinterlässt eine feste Beschichtung.

Der Wassertransferdruck ist eine spezielle Methode zum Aufbringen detaillierter Designs auf ein Bauteil. Das Werkstück wird in eine Wanne mit sauberem Wasser getaucht, auf dessen Oberfläche eine Materialschicht schwimmt, in der Regel eine wasserlösliche Druckfolie oder eine Farbe auf Ölbasis. Wenn das Bauteil die schwimmende Schicht durchläuft, haftet die Folie oder Farbe an der Oberfläche des Bauteils. Die Oberflächenspannung des Wassers sorgt dafür, dass sich der Film um jede Form wölbt. Die besten Ergebnisse werden bei Werkstücken mit leicht gekrümmten Geometrien erzielt.

Die Tauchbeschichtung eignet sich für komplexe Geometrien und erfordert Fachwissen über das verwendete Beschichtungsmaterial. Die Größe der Wanne bestimmt die Dimension der behandelbaren Werkstücke. Große Bauteile sind möglicherweise nicht machbar, obwohl eine Serienverarbeitung für kleinere Bauteile möglich ist.

Plattieren

  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Das Plattieren bzw. die Metallbeschichtung ist ein chemischer Prozess, bei dem eine Metallschicht auf ein 3D-gedrucktes Bauteil aufgebracht wird. Es ist eine effektive Methode, um 3D-gedruckte Objekte mit hoher Hitze-, Stoß-, Witterungs- und Chemikalienbeständigkeit zu erstellen oder um leitfähige Werkstücke zu erzeugen.

Der erste Schritt bei der Metallbeschichtung von Kunststoffteilen ist die "stromlose Beschichtung", bei der die Oberfläche des Drucks "metallisiert" wird, um sie für die richtige Metallbeschichtung vorzubereiten. Dieser Prozess reicht von speziellen Metallfarben, die einfach auf das Werkstück gestrichen oder gesprüht werden, bis hin zu industriellen Verfahren, die zahlreiche Schritte zum Reinigen, Ätzen, Neutralisieren, Aktivieren usw. umfassen. Typischerweise besteht diese erste Schicht aus Kupfer oder Nickel, aber auch Silber und Gold sind möglich.

Im zweiten Schritt der Metallbeschichtung wird der metallisierte 3D-Druck für einige Zeit in ein Bad getaucht, um eine breite Palette von Metallen wie Zinn, Platin, Palladium, Rhodium und sogar Chrom abzuscheiden. Bei der Galvanisierung wird das Bauteil in ein elektrotlytisches Bad gelegt, das eine dünne Metallschicht von 1 - 50 Mikrometer Dicke abscheidet. Anoden- und Kathoden-Ionen durchströmen die Flüssigkeit und haften in mikroskopisch feinen Schichten am Werkstück. Zusätzliche Metallisierungsprozesse können die metallische Oberflächendicke aufbauen oder ein anderes Metall abscheiden.

Bei der Verwendung einer Metallsäurelösung werden die Bauteile je nach gewünschter Schichtdicke für eine bestimmte Dauer in die flüssige Lösung getaucht. Durch eine chemische Reaktion werden die Metallionen angezogen und haften an der Oberfläche des Werkstücks. Nach dem Herausnehmen aus dem Bad kann das Bauteil eine Schutzschicht erhalten, um Oxidation, Korrosion oder Anlaufen zu verhindern. Eine Wärmebehandlung kann verwendet werden, um die Haftung der Metallschicht zu verstärken und Sprödigkeit zu verhindern.

Die Metallbeschichtung eignet sich in der Regel gut für komplexe Bauteile und kann eine Reihe von Oberflächenqualitäten, Glattheit und mechanischen Verbesserungen erzeugen. Der Prozess erfordert jedoch viele Schritte und Fachwissen.

3D Print Post Processing Metal Plating

Pulverbeschichtung

3D Print Post Processing Powder Coating
  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Bei der Pulverbeschichtung wird ein Bauteil innerhalb einer Wolke aus pulverförmigem Kunststoff erhitzt und gedreht. Wenn die Pulvermischung auf das erhitzte Werkstück trifft, schmilzt sie an der Oberfläche und bildet eine feine Beschichtung. Aufgrund der Oberflächenspannung beim Rotieren bildet das anhaftende Pulver eine homogene, porenfreie Schicht mit einer Dicke von etwa 400 Mikrometern. Die Oberfläche ist typischerweise nicht glänzend, sondern hat eine feine matte Textur, die durch die Partikelgröße der Kunststoffwolke verursacht wird, typischerweise 2-50 Mikrometer.

Die Pulverbeschichtung ist eine gängige Methode zum Schutz großer Metallteile, die jedoch bei 3D-Drucken nur schwer zu erreichen ist. Bei der traditionellen Pulverbeschichtung werden die Metallteile Temperaturen von bis zu 200 °C ausgesetzt, aber die geringere Temperaturbeständigkeit der meisten 3D-gedruckten Kunststoffe schränkt die Verwendung dieser Nachbearbeitungsmethode stark ein. Wenn möglich, ist die Pulverbeschichtung hocheffizient für die Serienproduktion mit gleichmäßigen Oberflächen, wobei Hohlräume schwierig nachzubearbeiten sein können.

Veränderung der Stoffeigenschaft bei 3D-Drucken

Bei dieser Nachbearbeitung wird weder Material entfernt noch hinzugefügt. Durch die Veränderung der Stoffeigenschaften werden die Moleküle eines 3D-Drucks umverteilt. Durch thermische und chemische Behandlungen werden glattere und festere Bauteile erreicht.

Lokales Schmelzen

  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Lokales Schmelzen ist eine einfache Möglichkeit, das Auftreten von Oberflächenunebenheiten zu reduzieren, die beim 3D-Druck, durch das Entfernen von Stützen oder abrasive Nachbearbeitungen wie Schleifen entstanden sind. Schleifspuren sind besonders auf dunkel gefärbten 3D-Drucken sichtbar.

Führen Sie mit einer Heißluftpistole für kurze Zeit heiße Luft über den zu behandelnden Bereich und halten Sie dabei die Heißluftpistole 10-20 cm vom Bauteil entfernt. Innerhalb von Sekunden wird die Oberfläche schmelzen und der ursprünglichen Druckqualität ähneln. Eine Heißluftpistole kann auch Fäden von Verfahrbewegungen während des Drucks entfernen. Mit der gleichen Methode wie oben beschrieben, werden die Fäden geschmolzen und geschrumpft. Wenn die Fäden groß sind, können kleine Reste am Werkstück haften bleiben, die sich aber oft leicht durch Abbürsten oder Abschneiden entfernen lassen.

Diese Methode ist nicht für tiefe Kratzer geeignet, sindern ist nur bei leicht rauen Oberflächen wirksam. Außerdem kann das Bauteil leicht verformt werden. Achten Sie daher darauf, die Zeit zu begrenzen, in der ein Bereich erhitzt wird. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn man einige Sekunden lang mit heißer Luft über die Oberfläche fährt. Lokales Schmelzen ist nicht als einzige Nachbearbeitungsmethode geeignet, ist aber für die Glättung kleiner Defekte und Kratzer einfach und effektiv.

3D Print Post Processing Local Melting

Wärmebehandlung

3D Print Post Processing Annealing
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Bei der Wärmebehandlung wird ein 3D-gedrucktes Bauteil erhitzt, um seine Molekularstruktur neu zu ordnen, was zu stärkeren Bauteilen führt, die weniger anfällig für Verformungen sind.  Unbehandelte 3D-Drucke haben eine amorphe Molekularstruktur, was bedeutet, dass die Moleküle ungeordnet und schwächer sind. Da der extrudierte Kunststoff ein schlechter Wärmeleiter ist, kühlt er während des Druckvorgangs schnell und ungleichmäßig ab, was zu inneren Spannungen führt, insbesondere zwischen den Druckschichten. Diese Spannungspunkte sind besonders anfällig für Brüche.

Um das Werkstück auf molekularer Ebene zu verfestigen, wird es auf seine Glasübergangstemperatur, jedoch unterhalb seines Schmelzpunktes, erhitzt. Das Erreichen der Glasübergangstemperatur ermöglicht es den Molekülen, sich in eine teilkristalline Struktur umzuverteilen, ohne das Bauteil so weit zu schmelzen, dass es sich verformt. Die Glasübergangs- und Schmelztemperaturen variieren von Material zu Material und es ist eine gewisse Erfahrung erforderlich, um die Werkstücke für die richtige Zeit auf die richtige Temperatur zu erhitzen. 3D-Drucke schrumpfen während der Wärmebehandlung, was durch entsprechende Vergrößerung der ursprünglichen Druckabmessungen korrigiert werden kann.

Glätten mit Lösungsmitteldämpfen (Vapor Smoothing)

  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

Vapor Smoothing ist ein chemisches Verfahren zum Glätten von 3D-Drucken, bei dem die Bauteile in einer geschlossenen Kammer Lösungsmitteldämpfen ausgesetzt werden. Ähnlich wie beim Tauchen im chemische Bad muss das richtige Lösungsmittel in Übereinstimmung mit dem 3D-Druckmaterial verwendet werden. Die Lösungsmittelwolke löst die Oberfläche des Drucks auf, während die Oberflächenspannung das gelöste Material umverteilt, was zu einem glatteren Ergebnis führt. Im Gegensatz zum chemischen Eintauchen wird kein Material vom Werkstück entfernt.

Lösungsmittel können entweder in einen gasförmigen Zustand erhitzt oder durch Ultraschallvernebelung verdampft werden. Der 3D-Druck wird den verdampften Lösungsmitteln eine bestimmte Zeit lang ausgesetzt: zu kurz und das Teil wird nicht ausreichend geglättet, zu lang und das Teil kann sich verformen und spröde werden. Die meisten geeigneten Lösungsmittel sind ätzend und brennbar und erfordern daher ein extremes Maß an Vorsicht, eine angemessene chemische Eindämmung und Entsorgung, und sollten nur von qualifizierten Personen angewendet werden.

Viele Geräte sind für den Einsatz mit einer Vielzahl von Lösungsmitteln erhältlich, die für unterschiedliche Druckmaterialien geeignet sind. Diese Maschinen machen den Prozess automatisiert und viel sicherer, aber die meisten können aufgrund der begrenzten Abmessungen der Kammer nur kleinere Bauteile behandeln.

3D Print Post Processing Vapor Smoothing

Post-Processing eBook und Webinar

Für Beispiele aus der industriellen Praxis können Sie unser kostenloses eBook Nachbearbeitung für FFF-Drucke herunterladen und dieses Webinar über Nachbearbeitungstechniken ansehen.

Das eBook befasst sich mit den drei Arten von FFF-Nachbearbeitungstechniken: 1) Materialabtrag, 2) Materialzugabe und 3) Veränderung der Stoffeigenschaften. Erfahren Sie außerdem mehr darüber, wie verschiedene Techniken wie hochauflösendes Trommelschleifen, Harzbeschichtung und Aluminiumbeschichtung 3D-gedruckte Teile verwandeln.

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