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3D Druck Mit Kohlefaser: Wie Man Starke Bauteile 3D-Druckt

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3D-Druck Mit Kohlefaser: Wie Man Starke Bauteile 3D-Druck

Die Zugabe von Kohlenstofffasern in Filamenten verbessert sowohl die Festigkeit als auch die Steifigkeit. Die zusätzliche Festigkeit und erhöhte Steifigkeit durch die zugeführten Fasern führt zu einem besseren Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, wodurch leichtere, stärkere Teile in geringerer Druckzeit entstehen.

Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Carbonfaser für Ihr Unternehmen von Nutzen sein kann und lernen Sie mehr über die einzigartigen Eigenschaften von CF-Filamenten.

Was sind Carbonfaser-Filamente?

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFRP) vereinen die Qualitäten und Leistungseigenschaften von Carbonfasern mit dem Polymermaterial, das sie verstärken. Die Druckbarkeit und einfache Verwendung eines Standard-Thermoplasts wie PLA, ABS oder PET wird durch die Zugabe von geschnittenen oder kontinuierlichen Kohlenstofffasern verbessert.

Geschnittene Fasern werden meist für die industrielle Produktion und auch für den 3D-Druck verwendet. Diese Kohlenstofffasern dienen als "Füllmaterial" in thermoplastischen Materialien für den Spritzguss oder als Kohlenstofffaserfilamente für den Einsatz in 3D-Druckern. Sie können wie jedes andere thermoplastische Material verarbeitet werden. Sie haben jedoch zusätzliche Anforderungen, die später erläutert werden.

Beim FFF-3D-Druck (Extrusionsverfahren) werden geschnittene Kohlenstofffasern verwendet. Diese kleinen Fasern werden als Verstärkungsmaterial in einen Standardthermoplast gemischt.

Warum Sie Kohlenstofffaser-3D-Druck benötigen

Industrielle Anwendungen erfordern oft spezifische mechanische Eigenschaften und eine fein abgestimmte Präzision. Durch die Kombination der Fähigkeiten eines hochfesten Werkstoffs mit den vielen Vorteilen der additiven Fertigung bietet der 3D-Druck von Kohlenstofffasern eine außergewöhnliche Dimensionsstabilität für starke, steife Bauteile mit einer feinen Oberflächenbeschaffenheit und einer hohen Wärmeformbeständigkeit - ideal für den funktionale, leistungsstarke Einsatz.

Da der 3D-Druck immer weiter in die Endproduktion vordringt, wird die Möglichkeit, sowohl Teile als auch Werkzeuge aus Carbonfaserfilamenten herzustellen, immer gefragter.

Ganz gleich, ob Kohlefasern in Formen, Vorrichtungen, Werkzeugen oder Hochleistungsrennwagen, Spezialausrüstungen für die Luft- und Raumfahrt oder professionelle Radsportausrüstungen verwendet werden, mit Carbonfaser-3D-Druck-Filamenten können Sie die hochfesten Bauteile herstellen, die Sie benötigen. Als relativ neues Angebot in der Fertigungsindustrie hat der 3D-Druck von Kohlenstofffasern natürlich viele Vorteile, aber es lohnt sich auch, die Druckanforderungen zu kennen, bevor Sie damit starten.

Kohlefaser-Filament
CF Filaments
Dieses Muster wurde mit BigRep Hi-Temp CF gedruckt und wird zur Herstellung von Drohnenbauteilen aus Kohlefaser-Prepreg verwendet.

Vorteile des 3D-Drucks mit Kohlenstofffasernverstärkten Filamenten

Die Vorteile des 3D-Drucks mit Kohlenstofffasern liegen in den Leistungseigenschaften:

Hohe Festigkeit

Die vielleicht am meisten angepriesene Eigenschaft von Carbonfaser-3D-Druckerfilament ist die hohe Festigkeit, die den Schlüssel zu seiner Leistung - und seiner Attraktivität als 3D-Druckmaterial - darstellt. Kohlefaser bietet ein Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, das eine hohe Leistung bei geringer Dichte ermöglicht.

FORMBESTÄNDIGKEIT

Die hohe Festigkeit und Steifigkeit der Kohlefaser verringert die Tendenz zur Formschwindung und trägt so zu ihrer hervorragenden Dimensionsstabilität bei, die für Bauteile, die präzise Abmessungen und enge Toleranzen erfordern, unerlässlich ist.

GERINGES GEWICHT

Hand in Hand mit seiner Festigkeit geht das geringe Gewicht eines 3D-Druckerfilaments aus Kohlefaser.  Geringes Gewicht ist ein Hauptvorteil des 3D-Drucks im Allgemeinen, und die Verwendung von Kohlefasermaterialien ermöglicht diese Gewichtsreduzierung ohne Verlust an leistungsfähiger Stärke.

HOHE WÄRMEFORMBESTÄNDIGKEIT

Im Vergleich zu Standard-3D-Druckmaterialien wie PLA, ABS und PETG können Kohlefasern wesentlich höheren Temperaturen standhalten. Kohlefaserverbundwerkstoffe - wie PA12 CF von BigRep - erhöhen die Wärmeformbeständigkeit des Basismaterials für eine bessere Leistung bei erhöhten Temperaturen.

GERINGERE NACHBEARBEITUNG ERFORDERLICH

CF-Filamente machen Schichtlinien weniger auffällig. Dadurch erhalten Sie eine bessere Oberflächenqualität und Haptik, wodurch Nachbearbeitungen wie Schleifen entfallen.

Steifigkeit

3D-gedruckte Kohlefaserteile behalten auch bei hoher Belastung ihre Form. Im Gegensatz zu anderen Materialien, bei denen Festigkeit und Haltbarkeit gegen Steifigkeit eingetauscht werden, gewährleistet die Steifigkeit von Kohlenstofffasern strukturelle Integrität.

Anforderungen für die Arbeit mit Kohlefaserfilamenten

Kohlefaser-Filament ist abrasiver als viele andere typischen Desktop- Materialien und hat spezifische Wärmeanforderungen. Da es sich hierbei oft um neue technische Materialien handelt, kann man sie nicht einfach gegen Standard-3D-Drucker-Filament austauschen und erwarten, dass sie mit den gleichen Einstellungen gedruckt werden können.

3D printer bed with build plate and filament spool

Beheiztes Druckbett

Hand in Hand mit einer geschlossenen 3D-Druckumgebung geht ein beheiztes Druckbett, das entscheidend dafür ist, dass die erste Druckschicht auf dem Druckbett haftet. Ohne diese solide Grundlage kann die Qualität der übrigen Druckschichten beeinträchtigt werden.

Extruder with hardened nozzle for carbon fiber 3D printing

Ausgehärtete Düse

Im Laufe der Zeit – die von einem bis zu wenigen Druckaufträgen variieren kann – wird Kohlefaser-Filament aufgrund seiner Abrasivität eine Standard-3D-Druckdüse abnutzen. Eine Düse aus Messing beispielsweise verformt und erodiert beim Extrudieren dieser Materialien und wird schließlich funktionsunfähig. Eine Düse aus gehärteten Stahl ist eine Voraussetzung für einen 3D-Drucker, um CF-Filament zu verarbeiten.

Natürlich müssen Designer, Ingenieure und Bediener, die an einem CF-Projekt arbeiten, alle gut in den Anforderungen für die Arbeit mit Kohlefaserfilamenten geschult sein. Schulung und Fortbildung müssen bei der Einführung von CF-Filamenten in den Betrieb berücksichtigt werden.

3D printer creating car interior parts in a manufacturing facility

Druckausrichtung

Die Zugabe von CF erhöht die Zugfestigkeit, kann aber bei falscher Handhabung zu einer Verringerung der Schichthaftung führen. Um die geringe Duktilität des Materials auszugleichen, richten Sie das Bauteil in Richtung der Spannung oder Belastung aus. Dies kann während der Ausrichtung des Teils in einer Slicing-Software wie BLADE angepasst werden.

Composite Form 3D-gedruckt aus Kohlefaser-Filament

Wo werden CF-Filamente verwendet?

Der 3D-Druck von Kohlenstofffasern wird dank seines guten Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht und seiner Gesamtsteifigkeit am besten in der Fertigung eingesetzt. Zu den wichtigsten Anwendungen dieser Materialien gehören die Herstellung von Formen, Vorrichtungen und Werkzeugen.

Verbundwerkstoff-Formen und Thermoform-Formen

3D-gedruckte Formen sind eine der besten Möglichkeiten, wie moderne und traditionelle Fertigungstechnologien in der Ferigungsindustrie  zusammenarbeiten. 3D-gedruckte Formen verbinden die Komplexität und Produktionsgeschwindigkeit des 3D-Drucks mit den Massenproduktionsfähigkeiten der formgebundenen Fertigung. Wenn es um Verbundwerkstoffformen und Tiefziehformen geht, sind die Leistungseigenschaften von CF-Materialien eine natürliche Ergänzung.

Formen aus Verbundwerkstoffen sind eine der gängigsten Fertigungsmethoden, um kostengünstig große Mengen identischer Teile herzustellen. Wie der Name schon sagt, werden Verbundwerkstoffformen aus Verbundwerkstoffen hergestellt, die komplexe Formen annehmen können und einer wiederholten Verwendung standhalten - und das zu deutlich geringeren Kosten als Aluminium- oder Stahlformen.

Thermoformwerkzeuge verwenden Wärme und Druck, um eine flache thermoplastische Platte in eine Form zu bringen. Dabei wird die Platte durch Konduktion, Konvektion oder Strahlungswärme erhitzt, bevor sie an die Oberfläche der Form angepasst wird. Thermoformwerkzeuge müssen wiederholter Höhsttemperaturen standhalten, was besondere Leistungsmerkmale erfordert, die durch CF-Werkstoffe gut erfüllt werden können.

Vorrichtungen, Werkzeugbau

Halterungen, Vorrichtungen und Werkzeuge, die beim Fräsen, Bohren und anderen subtraktiven Vorgängen verwendet werden, werden oft als Ergänzung zu Herstellungsprozessen angesehen – aber für sich genommen unerlässlich sind. Halterungen und Vorrichtungen werden verwendet, um bestimmte Teile während der verschiedenen Phasen ihrer Herstellung an Ort und Stelle zu halten, und Werkzeuge werden durchgehend verwendet.

Diese wichtigen Hilfsmittel sind oft am besten geeignet, wenn sie an die jeweilige Anwendung angepasst sind, und können durch häufigen Gebrauch abgenutzt werden. Aus diesen Gründen werden Vorrichtungen und Werkzeuge zunehmend vor Ort in 3D gedruckt. Sie können an den jeweiligen Einsatz angepasst und bei Bedarf reproduziert werden, ohne dass man sie auslagern oder auf einen neuen Vorrat warten muss.

3D-gedruckte Vorrichtungen und Werkzeuge aus verstärkten Materialien wie CF-Filamenten halten länger und sind leistungsfähiger - vor allem in Bezug auf die Langlebigkeit. Hier erfahren Sie mehr darüber, wie Sie das kostspielige CNC-Fräsen-Verfahren durch flexible, kostensparende Lösungen für die Kleinserienfertigung ersetzen können.

Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie

Die Gestaltungsfreiheit von Kohlefaser ermöglicht es Ihnen, komplexe Geometrien zu realisieren, die mit herkömmlichen Methoden nicht wirtschaftlich sind. Diese Designfreiheit ermöglicht es Ihnen, schnell zu iterieren und dann aufgrund der erhöhten Steifigkeit und Temperaturstabilität funktionalere Prototypen zu erstellen. Die verbesserte Ästhetik des Objekts, einschließlich der durch 3D-Druck erreichten komplexen Krümmung und der besseren Oberflächenqualität mit CF-Filamenten, kann Innovationen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen verwandten Branchen ermöglichen.

Comparison of high temperature material vs PA12CF composite filament

BigRep PA12 CF und HI-TEMP CF

BigRep bietet zwei kohlenstoffgefüllte Filamente an: PA12 CF, eine Nylon-Kohlenstofffaser und HI-TEMP CF, ein biobasiertes, kohlenstofffasergefülltes Polymer. Der entscheidende Unterschied zwischen diesen beiden kohlenstofffaserverstärkten Filamenten besteht darin, dass HI-TEMP CF weniger hohe Anforderungen an die Hardware stellt. HI-TEMP CF ist für mehrere Drucker geeignet, darunter der ONE, der STUDIO und der PRO, während PA12 CF für industrielle Anwendungen auf dem PRO geeignet ist.

Wenn Sie die beste Leistung wünschen, sollten Sie ein PA12 CF-Filament verwenden. PA12 CF weist eine höhere Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit und Wärmeformbeständigkeit auf und eignet sich daher gut für Anwendungen, die eine höhere Haltbarkeit und höhere Lebensdauer für anspruchsvolle industrielle Fertigung erfordern.

Der Ausgleich für die höhere Steifigkeit und Biegefestigkeit von HI-TEMP CF und da es im Vergleich zu PA12 CF leichter zu handhaben ist, ist eine leichte Verringerung der Schlagzähigkeit und der Wärmeformbeständigkeit. Dadurch eignet es sich besser für Anwendungen, die keiner Schlagbeanspruchung ausgesetzt sind, bei denen aber dennoch eine gewisse Formstabilität unter Belastung erforderlich ist. Diese erhöhte Steifigkeit und Biegefestigkeit wird durch HI-TEMP CF erreicht.

Unabhängig davon, für welches Filament Sie sich entscheiden, können Sie die vielen Vorteile von kohlefasergefüllten Materialien nutzen, um die Leistung Ihrer Anwendungen zu steigern. Obwohl diese Materialien speziell für den Großformatdruck auf BigRep-Maschinen entwickelt wurden, sind sie mit vielen anderen 2,85-mm-Druckern mit einer gehärteten Düse kompatibel.

HI-TEMP CF

Carbonfaser Verstärkt und Hitzebeständig

Mehr Erfahren

PA12  CF

Steife und Starke Carbon Faser

Mehr Erfahren

Fazit

Wenn Sie sich für den 3D-Druck von Kohlenstofffasern entscheiden, lassen Sie sich auf ein Projekt ein, das die Einhaltung von Parametern und speziellen Geräten und Anforderungen erfordert. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, können Sie erstklassige, leichte, haltbare und funktionelle Bauteile herstellen, die einer Vielzahl von industriellen Anwendungen standhalten, und zwar mit der ganzen Komplexität des Designs, die der 3D-Druck zu bieten hat. Setzen Sie sich noch heute mit unseren BigRep-Experten in Verbindung, um zu erfahren, wie CF-Filamente zur Verbesserung Ihrer Produktionsmöglichkeiten beitragen können.

INDUSTRIEQUALITÄT TRIFFT  KOSTENEFFIZIENZ.
KOMPLEXE TEILE. GANZ GROSS.

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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INDUSTRIEQUALITÄT TRIFFT  KOSTENEFFIZIENZ.
KOMPLEXE TEILE. GANZ GROSS.

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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3D-Druckgeschwindigkeiten: Was Sie wissen müssen

3D Print Speed

In der additiven Fertigung sind hohe Geschwindigkeiten ein wichtiger Erfolgsfaktor. Die entscheidende Frage ist: wie komme ich ohne Qualitätsverlust zu deutlich schnelleren Produktionsgeschwindigkeiten? Hier hilft es, zu wissen, wie 3D-Druckgeschwindigkeiten definiert sind, was sie für Ihre gedruckten Bauteile bedeuten, und welche Methoden die Produktion beschleunigen. Mehr dazu finden Sie in unserer ausführlichen Orientierungshilfe.

Wie wird 3D-Druckergeschwindigkeit definiert?

Die Geschwindigkeit eines 3D-Druckers wird oft mit der Geschwindigkeit des Druckkopfs gleichgesetzt: je schneller der Druckkopf sich bewegt und das Filament ablegt, desto schneller ist ein Teil gedruckt. Doch ganz so einfach ist es nicht.

Obwohl die Geschwindigkeit des Druckkopfs das Tempo beeinflusst, in dem das Filament auf dem Druckbett abgelegt wird, ist sie nur einer von mehreren Faktoren, die die Gesamtdruckzeit bestimmen. Es lohnt sich, die 3D-Druckgeschwindigkeiten für den FFF-Prozess etwas weiter zu fassen, und den 3D-Druckprozess von Anfang (Vorbearbeitung) bis Ende (Nachbearbeitung) zu betrachten.

Jeder Schritt im FFF-3D-Druckprozess verlängert die Zeit von 3D-Modell zu fertigem Produkt. Das bedeutet glücklicherweise, dass man durch Optimierung bestimmter Einstellungen und Elemente im Druckprozess die 3D-Druckgeschwindigkeit insgesamt erhöhen kann. Wir betrachten die Geschwindigkeit etwas umfassender, und berücksichtigen neben der eigentlichen Druckzeit auch den Aufwand vor und nach dem Drucken.

Welche Faktoren beeinflussen die 3D-Druckgeschwindigkeit?

Wenn man die Geschwindigkeit des 3D-Druckprozesses erhöhen und optimieren will, muss man wissen, welche Faktoren während der Vorbehandlung, Erstellung und Nachbereitung eine Rolle spielen.

3D Printing Speed
Eine Seriedruck von 3D-Drucken wird mit BigRep BLADE gesliced.

Pre-Processing

In der Vorbehandlung werden 3D-Modell und 3D-Drucker auf den Druckprozess vorbereitet. Hier bestimmen drei Stufen, wie lange ein 3D-Druck dauert.

Vorbereitung des 3D-Modells

Die Vorbereitung des 3D-Modells beinhaltet auch die Auswahl der Parameter und bevorzugten Druckeinstellungen. Entscheidungen, die während der Vorbereitung des 3D-Modells fallen, beeinflussen die Druckdauer stark. Je nachdem, wie das 3D-gedruckte Teil auf dem Druckbett orientiert wird, braucht man weniger oder sogar keine Stützen, was die Druckdauer verringert. Slicer-Programme wie BigRep BLADE bieten oft automatische Einstellungen – z.B. die automatische Ausrichtung des Modells – zur Optimierung dieser Features; sie müssen also nicht erst lange nach den richtigen Parametern forschen.

Slicen

Slicer-Software übersetzt 3D-Modelle in eine Sprache, die für 3D-Drucker verständlich ist. Dieser Prozess braucht Zeit, insbesondere bei hochkomplexen 3D-Modellen und zu großen STL-Dateien. Sie können die Auflösung Ihres 3D-Modells, die Schichthöhen und Fülldichten anpassen, um die Slice-Dauer zu beeinflussen.

Regelmäßige Updates für Ihre Slicer-Software können Fehler beseitigen, die die Verarbeitung verlangsamen.

Kalibrierung des 3D-Druckers

Die Kalibrierung stellt sicher, dass Ihr 3D-Drucker korrekt positioniert ist, und dass alle Komponenten, z.B. Extruder, Motoren und Achsen ausgerichtet sind. Während eine manuelle Kalibrierung mehrere Stunden dauern kann, bieten viele FFF 3D-Drucker eine automatische Kalibrierung, die in nur wenigen Minuten abgeschlossen ist.

3D Print Speed
Ein Sensor misst die gedruckten Strukturen, um vor dem Druck die Extruder für duale Extrusion zu kalibrieren.

3D Druckzeit

Die Druckzeit beschreibt, wie lange ein 3D-Drucker braucht, um ein Objekt zu drucken. Sie macht den zeitaufwändigsten Teil im 3D-Druckprozess aus. Verschiedene Druckereinstellungen und Hardwarefeatures können die Druckzeiten erhöhen oder verringern.

3D-Druckgeschwindigkeit

Die Druckgeschwindigkeit beschreibt das Tempo, in dem sich das Extrudersystem des 3D-Druckers bewegt, wenn es Filament extrudiert. Die Druckgeschwindigkeit wird in Millimetern pro Sekunde gemessen (mm/s), und die meisten FFF 3D-Drucker sind in der Lage, Druckgeschwindigkeiten zwischen 40 mm/s und 150 mm/s zu erreichen. Diese Einstellung kann zusätzlich die Druckqualität beeinflussen: je schneller der Extruder, desto weniger präzise der Druck.

Bewegungsgeschwindigkeit

Die Bewegungsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich der Druckkopf bewegt, wenn er kein Filament extrudiert. Oft kann die Bewegungsgeschwindigkeit höher sein als die Druckgeschwindigkeit, ohne die Qualität zu beinträchtigen. Ist sie jedoch zu hoch, kann das zu Mängeln im 3D-Druck führen, wie z.B. zu geometrischen Ungenauigkeiten oder im schlimmsten Fall zu einem Versatz einzelner Schichten.

Welche Bewegungsgeschwindigkeit akzeptabel ist, hängt stark von der mechanischen Struktur Ihres 3D-Druckers ab. Mit robusterem Gestell und Portal hinterlassen auch höhere Bewegungsgeschwindigkeiten keine Vibrationsspuren auf dem Bauteil.

3D Print Speed
Zwei 3D-Drucke mit unterschiedlichen Schichthöhen: 0,2mm und 0,6mm.

Schichthöhe

Dieser Wert bestimmt, wie dick jede gedruckte Schicht wird, und hat einen direkten Einfluss auf die Druckgeschwindigkeit. Je größer die Schichthöhe, desto weniger Schichten benötigt der Druck, und desto schneller die Produktion Ihres Bauteils. Mit zunehmender Schichtdicke reduziert sich jedoch die Druckauflösung.

Düsendurchmesser

Ein korrekt gewählter Düsendurchmesser ermöglicht ein schnelleres Drucktempo. Je größer der Düsendurchmesser, desto breiter ist jede gedruckte Linie. Damit ist es unter Umständen nicht notwendig, mehrere Umrissschichten zu drucken, um eine bestimmte Wandstärke zu erreichen. Ein breiterer Düsendurchmesser ermöglicht auch größere Schichthöhen.

3D Print Speed
Zwei 3D-Drucke werden mit unterschiedlichen Fülldichten und Wandstärken gesliced.

Fülldichte

Der Fülldichteanteil – die interne Struktur, die die Außenhaut eines 3D-gedruckten Teils stützt – kann die Druckgeschwindigkeit stark beeinflussen. Je niedriger die Fülldichte, desto weniger Material wird benötigt, was wiederum die Druckzeit verringern kann.

Allerdings bedeuten niedrige Fülldichten auch weniger Festigkeit, man muss also die richtige Mischung aus Geschwindigkeit und Qualität finden.

Stützstrukturen

Stützstrukturen sind notwendig, um Überhänge und Brücken zu stützen, aber sie führen auch zu längeren Druckzeiten für 3D-Modelle. Die Muster, Dichten und andere Einstellungen der Stützstrukturen beeinflussen deren Druckzeit. Sie können die Druckzeit verringern, indem sie Ihr Modell auf dem Druckbett so orientieren, dass möglichst wenige Stützstrukturen nötig sind.

Das weiße Material ist das BVOH-Filament von BigRep, ein wasserlösliches Stützmaterial, das leicht zu entfernen ist.
Das weiße Material ist das BVOH-Filament von BigRep, ein wasserlösliches Stützmaterial, das leicht zu entfernen ist.

Nachbearbeitung

Wenn ein 3D-gedrucktes Teil vom Druckbett genommen wird, benötigt es eine gewisse Nachbearbeitung. Bei Prototypen und Komponenten in Bastlerqualität sind die Nachbearbeitungszeiten oft minimal. Fertigteile und visuelle Prototypen benötigen dagegen oft aufwändige Nachbearbeitung.

Entfernen der Stützstrukturen

Wenn Ihr 3D-Modell mit Stützstrukturen gedruckt wurde, müssen diese entfernt werden. Wie leicht sie zu entfernen sind, hängt von deren Typ und Anzahl ab.

Manche Stützen können in wenigen Sekunden von Hand entfernt werden, während man bei anderen spezielles Schneidewerkzeug benötigt, um eine Beschädigung des 3D-gedruckten Teils zu verhindern. Wird ein 3D-Drucker mit dualen Extrudern und einem löslichen Material verwendet, können diese Stützen einfach und schnell entfernt werden.

3D Print Speed
Stützstrukturen sind so konzipiert, dass sie sich nach dem 3D-Druck leicht lösen lassen.

Schleifen und Polieren

3D-gedruckte Bauteile, die eine hohe Oberflächengüte benötigen, müssen geschliffen und poliert werden. Da beide Schritte von Hand ausgeführt werden müssen – mit Schleifpapier, Polierpaste oder Poliertuch – kann das sehr zeitaufwändig sein, vor allem bei größeren Drucken.

Mechanische Methoden wie Trommellackierung und Sandstrahlen sind zwar komplexer, doch sie stellen bei großen Chargen die schnellere Option dar.

Grundieren und Beschichten

Grundieren, Anstreichen und Beschichten sind optionale Nachbearbeitungsprozesse. Die dafür benötigte Zeit ist abhängig von der verwendeten Technik (z.B. Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung oder Bemalung von Hand), der Größe des gedruckten Teils, und der Größe der Charge.

Tauchbeschichtung kann z.B. die Nachbearbeitung für in Chargen produzierte Teile beschleunigen, während eine Sprühbeschichtung bei großen Drucken die effizientere Wahl sein kann.

3D Print Speed
Ein 3D-Druck wird mit einer Beschichtung nachbearbeitet, um die Oberfläche zu glätten und zu schützen.

Fazit

Die 3D-Druckgeschwindigkeit beruht nicht nur auf dem Tempo des Druckkopfs in mm/s: viele andere Faktoren haben einen Einfluss darauf, wie lange es dauert, einen 3D-Druck fertigzustellen. In der Vorbehandlungsphase können die Modellvorbereitung, das Slicing und die Parameterauswahl optimiert werden, um die Verarbeitung zu beschleunigen.

In der Druckphase haben verschiedene Einstellungen und Hardwareentscheidungen einen direkten Einfluss auf die Geschwindigkeit und Qualität eines 3D-Drucks. Und nicht zuletzt wird die Gesamtdruckzeit auch davon bestimmt, wie viel Nachbearbeitung ein durch FFF-3D-Druck produziertes Teil benötigt.

Mit dem Wissen, wie Druckgeschwindigkeit und Bauteilqualität zusammenhängen, können Sie durch das Optimieren dieser Schritte die Druckgeschwindigkeit erhöhen und den Druckprozess insgesamt effizienter machen.

Möchten Sie mehr Lernen: 6 Wege wie Sie mit dem BigRep PRO schneller produzieren!

Dominik Stürzer <a style="color: #0077b5" href="https://www.linkedin.com/in/dominik-stuerzer/" target="_blank" rel="noopener"><i class="fab fa-linkedin"></i></a>

Dominik Stürzer

SEO Manager 

Dominik is a mechanical engineer whose passion to share knowledge turned him to content creation. His first 3D prints started in university. Back then the 3D printers were big on the outside and small on the inside. With BigRep the machines are finally big in their possibilities.

7 entscheidende Faktoren beim Kauf eines Industrie-3D-Druckers

Angesichts der vielfältigen Palette an industriellen 3D-Druckern auf dem Markt, stellt die Auswahl des perfekten Modells für Ihre Produktionsbedürfnisse eine Herausforderung dar, die eine gründliche Abwägung verschiedenster Aspekte erfordert. Es ist essenziell, ein tiefes Verständnis für die spezifischen Anwendungen des 3D-Drucks in Ihrem Produktionsumfeld zu entwickeln. Dabei spielen Faktoren wie der benötigte Platz, die Umgebungsbedingungen für den Betrieb des Druckers, Material- und Softwareanforderungen sowie Ihr Budget eine entscheidende Rolle.

Um in der überwältigenden Vielfalt industrieller 3D-Drucker, die auf dem Markt erhältlich sind, den für Sie passenden zu finden, gehen wir auf die 7 wichtigsten Fragen ein, die Sie beim Kauf eines großformatigen industriellen 3D-Druckers beachten sollten.

 

1. Wofür würden Sie den 3D-Drucker verwenden?

Zunächst sollten Sie sich die Frage stellen, was Sie in 3D drucken möchten und warum? Diese Frage bildet die Grundlage dafür, dass Sie eine Liste der Anwendungen erstellen können, für die das Gerät verwendet werden kann und in welchem Teil der Produktionslinie es eingesetzt werden kann.

Wenn Sie z. B. Prototypen drucken möchten, werden diese für funktionale Aufgaben wie Leistungstests und Passformprüfungen verwendet oder sind sie für die Designfreigabe gedacht? Ähnlich verhält es sich bei Anwendungen für den Werkzeugbau: Werden die gedruckten Werkzeuge in der Produktionslinie eingesetzt oder für spezielle Aufgaben wie die CMM-Prüfung verwendet? Wenn Sie Teile für den Endverbraucher in 3D drucken, wie sieht dann die Betriebsumgebung aus und welche Toleranzen sind erforderlich?

Als nächstes stellt sich die Frage nach den Abmessungen – wie groß sind die Teile, die Sie 3D-drucken möchten? Der Hauptvorteil eines großformatigen 3D-Druckers ist seine Fähigkeit, große Teile zu produzieren oder kleinere Teile in einem einzigen Druckauftrag zu drucken. Kleinere Drucker sind nicht in der Lage, große Teile in einem einzigen Druckvorgang zu drucken, sodass die einzelnen Komponenten nach dem Druck zusammengesetzt werden müssen.

Der 3D-Druck lässt sich inzwischen in fast allen Branchen einsetzen. AM kann die Werkzeugkosten senken und die Vorlaufzeiten verkürzen, insbesondere in der verarbeitenden Industrie, indem ein digitales Inventar geführt und nach Bedarf gefertigt wird. Außerdem kann es die Abhängigkeit von externen Anbietern reduzieren und die Logistik minimieren, indem leichte, stabile und ergonomische Vorrichtungen intern gedruckt werden. Im Bereich der Fahrzeugindividualisierung kann es individuell gestaltete 3D-gedruckte Teile und Muster sowie Gussformen für eine Vielzahl von Komponenten herstellen. In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird es in großem Umfang für die Herstellung von MRO-Werkzeugen in kleinen Stückzahlen eingesetzt, die den höchsten Standards und Zertifizierungen des streng regulierten Sektors entsprechen.

CNHTC -Dr. Dong with a 3D print

2. Mit welchen 3D-Druckmaterialien würden Sie arbeiten?

Ein weiterer Aspekt, den Sie berücksichtigen sollten, ist die Frage, ob Sie ein geschlossenes oder ein offenes Materialsystem bevorzugen. Bei 3D-Druckern mit geschlossenem Material können Sie nur die proprietären Produkte des Druckers verwenden, während Sie bei offenen Systemen, wie den Maschinen von BigRep, alle kompatiblen Filamente von Drittanbietern verwenden können. 3D-Drucker mit geschlossenem Material erlauben Ihnen nur die Verwendung der proprietären Produkte des Druckers, während Sie bei offenen Materialsystemen, wie den Maschinen von BigRep, die Freiheit haben, beliebige kompatible Filamente von Drittanbietern zu verwenden.

Achten Sie bei der Auswahl eines Filaments auf mechanische Eigenschaften wie Oberflächenqualität, Nachhaltigkeit, Benutzerfreundlichkeit, Druckgeschwindigkeit, Nachbearbeitungsanforderungen, UV-, Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit sowie Festigkeit, Steifigkeit und Flexibilität. BigRep bietet ein umfassendes Sortiment an 3D-Druckerfilamenten in Industriequalität, das von kostengünstigen Materialien bis hin zu Hochleistungsoptionen für anspruchsvolle Anwendungen reicht.

Damit jeder 3D-Druck ein voller Erfolg wird, haben wir Profile für alle BigRep-Filamente. Diese Materialprofile wurden von unseren Experten mit größter Sorgfalt erstellt und sind für die Maschinen von BigRep optimiert. Sie rationalisieren Ihren Druckprozess, da Sie Einstellungen wie Drucktemperatur, Betttemperatur, Druckgeschwindigkeit, Schichthöhe usw. für jedes Material nicht mehr manuell anpassen müssen. Sie müssen nur das entsprechende Materialprofil auswählen und auf "Drucken" klicken, und schon sind Sie für optimale Druckergebnisse gerüstet.

2. Mit welchen 3D-Druckmaterialien würden Sie arbeiten?

Ein weiterer Aspekt, den Sie berücksichtigen sollten, ist die Frage, ob Sie ein geschlossenes oder ein offenes Materialsystem bevorzugen. Bei 3D-Druckern mit geschlossenem Material können Sie nur die proprietären Produkte des Druckers verwenden, während Sie bei offenen Systemen, wie den Maschinen von BigRep, alle kompatiblen Filamente von Drittanbietern verwenden können. 3D-Drucker mit geschlossenem Material erlauben Ihnen nur die Verwendung der proprietären Produkte des Druckers, während Sie bei offenen Materialsystemen, wie den Maschinen von BigRep, die Freiheit haben, beliebige kompatible Filamente von Drittanbietern zu verwenden.

BigRep Filaments

Achten Sie bei der Auswahl eines Filaments auf mechanische Eigenschaften wie Oberflächenqualität, Nachhaltigkeit, Benutzerfreundlichkeit, Druckgeschwindigkeit, Nachbearbeitungsanforderungen, UV-, Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit sowie Festigkeit, Steifigkeit und Flexibilität. BigRep bietet ein umfassendes Sortiment an 3D-Druckerfilamenten in Industriequalität, das von kostengünstigen Materialien bis hin zu Hochleistungsoptionen für anspruchsvolle Anwendungen reicht.

Damit jeder 3D-Druck ein voller Erfolg wird, haben wir Profile für alle BigRep-Filamente. Diese Materialprofile wurden von unseren Experten mit größter Sorgfalt erstellt und sind für die Maschinen von BigRep optimiert. Sie rationalisieren Ihren Druckprozess, da Sie Einstellungen wie Drucktemperatur, Betttemperatur, Druckgeschwindigkeit, Schichthöhe usw. für jedes Material nicht mehr manuell anpassen müssen. Sie müssen nur das entsprechende Materialprofil auswählen und auf "Drucken" klicken, und schon sind Sie für optimale Druckergebnisse gerüstet.

BigRep-PRO-Filament-Chamber

3. Welchen Platz-, Lüftungs- und Strombedarf hat der 3D-Drucker?

Berechnen Sie den verfügbaren Platz für den großvolumigen 3D-Drucker in Ihrer Produktionsstätte. Mit Abmessungen von x 1950 y 2500 z 2105 mm / x 77 y 98 z 83 Zoll (mit Turm) für unsere größte Maschine, BigRep PRO bis zu x 1715 y 1170 z 1765 mm (x 67 y 46 z 69 Zoll) für die kleinere, BigRep STUDIO, eignen sich unsere Drucker für verschiedene Umgebungen, darunter Werkshallen, Labore und Büros.

Die Umgebungsbedingungen an dem Ort, an dem Sie den 3D-Drucker aufstellen, spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Faktoren wie die Luftfeuchtigkeit, Feinstaub von Geräten in der Nähe und auch die Lagerbedingungen des 3D-Druckfilaments können die Druckqualität erheblich beeinflussen. Für geschlossene Laborumgebungen kann ein System mit offenem Rahmen ausreichen, aber für anspruchsvollere Bedingungen sind möglicherweise klimatisierte Räume erforderlich.

Da industrielle 3D-Drucker einen hohen Stromverbrauch haben, müssen Sie auch die elektrischen Anforderungen von großformatigen 3D-Druckern berücksichtigen. Achten Sie auf eine ausreichende elektrische Leistung, wenn Sie sich für den Standort des Druckers in der Produktionshalle entscheiden. Die Maschinen von BigRep haben einen relativ geringen Stromverbrauch im Vergleich zu anderen industriellen 3D-Druckern auf dem Markt. Der BigRep STUDIO und ONE können mit herkömmlichen Steckdosen betrieben werden, während unsere größte Maschine, der BigRep PRO, eine industrielle Steckdose benötigt.

BigRep-One-Fan

4. Welche 3D-Drucksoftware würden Sie verwenden?

Fast jeder Hersteller von 3D-Druckern bietet seine eigene Software für das Einrichten und Schneiden von Teilen an. Manche Unternehmen verfolgen jedoch einen quelloffenen Ansatz, bei dem Sie Ihre bevorzugte Slicer Software auswählen können. Sie können sich dafür entscheiden, bei der vertrauten Software zu bleiben oder die vorinstallierten Profile und Einstellungen des Druckerherstellers zu verwenden.

Berücksichtigen Sie bei der Beurteilung der Softwareoptionen den Kenntnisstand der Mitarbeiter, die das Gerät bedienen. Manche Systeme erfordern mehr technisches Know-how, egal ob es sich um erfahrene oder neue Bediener handelt, während andere, wie das von BigRep, eher Plug-and-Play sind. Egal für welchen Drucker Sie sich entscheiden, die Softwareinstallation und -schulung durch Ihren Anbieter hilft Ihnen dabei, die optimalen Einstellungen, Teileausrichtungen und Materialien für erfolgreiche Drucke zu erlernen.

Bei den 3D-Druckern von BigRep verfolgen wir einen quelloffenen Ansatz, bei dem Sie externe Software oder unser Angebot an intelligenten Lösungen nutzen können. Mit unserer Software—FLOW, BLADE, und CONNECT, haben Sie die vollständige Kontrolle vom Design bis zur Drucküberwachung.

1. FLOW ist eine individuell anpassbare Software, die die Anwendungsentwicklung für 3D-gedruckte Vorrichtungen und Fertigungshilfsmittel einfacher denn je macht, ohne dass Designkenntnisse oder Erfahrung im 3D-Druck erforderlich sind.
2. BLADE ist eine einfach zu bedienende Slicer Software, die eine bessere Kontrolle der Druckparameter auf allen großformatigen additiven Fertigungssystemen von BigRep ermöglicht.
3. CONNECT ist eine Plattform, die Sie mit Ihren BigRep Druckern verbindet, um die Produktivität durch Fernüberwachung und Datenanalyse zu steigern.

Slicer Software Blade

5. Bietet Ihr 3D-Drucker-Anbieter lokalen Support?

Ein lokaler Support ist für Unternehmen, die sich für den 3D-Druck entscheiden, oft von unschätzbarem Wert. Fragen Sie nach Referenzen, sprechen Sie mit Kunden, die die Drucker nutzen, und machen Sie sich ein Bild von deren Erfahrungen mit dem Unternehmen und davon, ob der Service Ihre Erwartungen erfüllt oder übertrifft. Bei einer Investition in einen industriellen 3D-Großformatdrucker sollten Sie erwarten, dass das Niveau des Supports dem Preisschild des Druckers entspricht.

BigRep bietet lokalen Support durch unsere globalen und regionalen Hauptsitze (Berlin, Boston und Singapur) sowie ein Netzwerk von Vertriebspartnern auf der ganzen Welt. Wir bieten drei Support-Stufen an, die über unseren standardmäßigen On-Demand-Service hinausgehen, damit Ihr 3D-Drucker auf optimale Leistung eingestellt ist und nur minimale Ausfallzeiten hat.

Zu unseren Support-Optionen gehören der Zugriff auf eine Wissensdatenbank für die 24/7-Fehlerbehebung über den BigRep HUB, ein On-Demand-Service mit einem Online-Ticketsystem für zusätzlichen Support und Serviceverträge für die planmäßige Wartung, um Probleme zu vermeiden und Ihnen ein sicheres Gefühl zu geben.

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6. Bietet Ihr 3D-Drucker-Anbieter eLearning- und Schulungsressourcen an?

Wenn Sie ganz neu in der Welt des 3D-Drucks sind und mehr über die Maschine erfahren möchten oder wenn Sie schon ein erfahrener Anwender sind, der versucht, ein Problem zu beheben, wo würden Sie dann anfangen? Das Internet bietet zwar viele Informationen, aber möglicherweise nicht genug, um Sie in die Feinheiten eines bestimmten industriellen 3D-Druckers einzuweisen. Wenn Ihr 3D-Drucker-Anbieter eLearning-Kurse, praktische Schulungen und Lernressourcen anbietet, kann er Ihr Wissen und Ihre Fähigkeit, einen 3D-Drucker effizient zu bedienen, Probleme zu beheben und seine Fähigkeiten zu maximieren, erheblich verbessern.

Die eLearning-Plattform Academy von BigRep bietet Ihnen umfassende Kurse von den Grundlagen bis zum Expertenniveau, die alle Aspekte des großformatigen 3D-Drucks abdecken. Ob Sie sich für Design, Schneiden, Druckerbetrieb, Fehlerbehebung oder anderes interessieren, die Plattform bietet Ihnen alles, was Sie brauchen. Für spezielle Projekte und Themen bieten wir maßgeschneiderte Schulungen über Fernkonferenzen oder persönliche Sitzungen an, bei denen ein BigRep Experte Sie durch den Kurs führt und Ihnen in Echtzeit Feedback gibt.

Wenn Sie lieber direkt an der Maschine lernen möchten, können fortgeschrittene und kundenspezifische Kurse in den BigRep-Büros abgehalten werden. Für Schulungen vor Ort in Ihrem Unternehmen können die Experten der BigRep Academy auch zu Ihnen kommen.

BigRep Academy Remote Conferencing

7. Wie hoch ist Ihr Budget?

Bei der Budgetplanung für einen großformatigen 3D-Drucker empfehlen wir Ihnen, sich die Zeit zu nehmen, eine ROI-Kalkulation zu erstellen und wirklich jeden Aspekt des Kaufs zu bewerten. Wie teuer ist der jährliche Wartungsvertrag? Wenn Sie günstigere Materialien finden, verfügt der 3D-Drucker dann über ein offenes Materialsystem, mit dem er betrieben werden kann? Ist der Schutz des geistigen Eigentums ein Thema? Wird der Drucker zuverlässig genug sein, um für Ihr Unternehmen rentabel zu sein?

Wenn Sie Ihre Produktionskapazitäten im eigenen Unternehmen haben, erhalten Sie mehr Kontrolle und Flexibilität im Design- und Produktionsprozess, was im Laufe der Zeit zu erheblichen Kosteneinsparungen führen kann. Ein zuverlässiger 3D-Drucker kann eine gleichbleibende Leistung liefern, die Betriebskosten minimieren und sich an die sich ändernden Produktionsanforderungen anpassen, was einen lebenslangen Wert darstellt.

BigRep Kunden erzielen oft schneller einen positiven ROI als sie erwartet haben. Industriegiganten wie die Ford Motor Company fanden heraus, dass sich ihre Investition in ein BigRep Additivsystem in weniger als einem Finanzquartal amortisiert hatte. "Nach zwei oder drei erfolgreichen Drucken war der BigRep-Drucker bereits bezahlt", sagte Lars Bognar, ein Forschungsingenieur bei Ford.

SFM 3D-Printed Helicopter Blade Restraint Cradle Made with the BigRep PRO

Groß hinaus mit industriellen 3D-Druckern

Wenn Sie 3D-Drucker in Ihre Produktionsabläufe integrieren, können Sie neue Anwendungen erkunden und das Beste aus Ihrer Investition machen. Die jüngsten Versionen der Industriedrucker sind viel erschwinglicher und bieten intuitive Benutzererfahrungen, die es einfacher denn je machen, AM-Technologien in der Fabrikhalle zu adaptieren.

Mit einer Reihe von großformatigen Industriedruckern, hochwertigen Materialien, intelligenter Software, einer eLearning-Plattform und einem außergewöhnlichen Kundenservice bietet BigRep ein ganzheitliches Ökosystem, das eine breite Palette professioneller Anwendungen ermöglicht. Wenn Sie bereit sind, die Vorteile des 3D-Drucks in Ihrem Unternehmen zu nutzen, setzen Sie sich mit unseren Experten in Verbindung und finden Sie noch heute den richtigen BigRep 3D-Drucker für Ihre Bedürfnisse.

Rapid Prototyping und 3D-Druck für bessere Produktentwicklung

Rapid Prototyping - Better Engineering

Rapid Prototyping verändert die Art und Weise, wie Sie ein Produkt entwickeln. Dieser Prozess ist jedoch an verschiedenen Stellen mit einer Vielzahl von Schwierigkeiten verbunden. Wenn Sie einem der größten Engpässe auf dem Weg zum endgültigen Produktdesign vorbeugen, kann Ihr gesamter Prozess besser und schneller werden. Rapid Prototyping kann Ihren gesamten Konstruktionsprozess durch großformatigen 3D-Druck erheblich vereinfachen.

Was ist Rapid Prototyping?

Prototypen sind physische Teile oder Baugruppen, die mit jeder Iteration dem Endprodukt näher kommen. Beginnend mit konzeptuellen Modellen und dem Aufbau eines funktionalen Prototyps ist jeder nachfolgende Prototyp ein Schritt hin zu einem vollständig ausgearbeiteten endgültigen Design. Das ist Prototyping - Rapid Prototyping bezieht sich auf den Zyklus der schnellen Ausführung von Wiederholungen, um ein endgültiges Design zu erreichen.

Wir sagen "Zyklus", weil es genau das ist; von der Idee bis zur fertigen Konstruktion sind einige Runden erforderlich. Im einfachsten Fall handelt es sich um einen dreistufigen Prozess, der wie folgt aussieht:

What is Rapid Prototyping

Die Überprüfungsphase jedes aufeinanderfolgenden Prototyps bringt den Zyklus dem Abschluss einen Schritt näher, wobei eine Verfeinerung der Iteration erforderlich ist, um zum Endergebnis zu gelangen.

Beim Rapid Prototyping werden einige Technologien, von der CAD-Konstruktionssoftware bis zu den Fertigungsverfahren, eingesetzt, um eine Serie von Prototypen zu erstellen.

Traditionell musste für jeden physischen Prototyp ein neues Design an einen Hersteller geliefert werden, der es mit subtraktiven (z.B. Fräsen, Schneiden) oder Form-/Gussverfahren herstellt. Das kann zu langen Wartezeiten und Kosten führen, da jedes Mal Werkzeugbau und Logistik ins Spiel kommen. Um den Prozess zu beschleunigen, machen Technologien wie der 3D-Druck die Verwendung von Werkzeugen überflüssig und können Ihre Idee direkt von der Designdatei in die physische Form bringen.

Dies verkürzt die Wartezeiten, da das Feedback sofort in eine aktualisierte CAD-Datei übersetzt werden kann, die wiederum in nur wenigen Stunden in 3D gedruckt werden kann. Wenn dies im Haus durchgeführt wird, können sogar mehrere Zyklen der Prototyperstellung am selben Tag durchgeführt werden - weit entfernt von den gewohnten Wochen oder sogar Monaten zwischen den Iterationen.

Rapid Prototyping and 3D Printing

Als die Technologie zum ersten Mal entwickelt wurde, war der 3D-Druck so gleichbedeutend mit Rapid Prototyping, dass die beiden Begriffe austauschbar waren. Unabhängig davon, ob "3D-Druck", "Rapid Prototyping" oder "RP" genannt wurde, bezog sich das Gespräch im Allgemeinen auf die gleiche Sache. Heute hat sich der 3D-Druck auch zu einer Produktionsmöglichkeit für die Endanwendung entwickelt und wird im Allgemeinen eher mit "additiver Fertigung" gleichgesetzt.

Dennoch ist Rapid Prototyping die erste und ist nach wie vor die größte Anwendung für den 3D-Druck. Iterationen vom Machbarkeitsnachweis bis hin zum funktionalen Prototyp können alle in 3D gedruckt werden. Ob ausgelagert oder intern, die Verwendung von 3D-Druckern beschleunigt das Rapid Prototyping durch die Beseitigung traditioneller Engpässe bei der Werkzeugausstattung und/oder beim Versand erheblich. Rapid Prototyping kann auch zunehmend mit derselben 3D-Drucktechnologie durchgeführt werden, die auch für das Endprodukt verwendet wird.

Vorteile von Rapid Prototyping

Im weitesten Sinne bietet das Rapid Prototyping erheblichen Vorteile zur schnelleren Markteinführung, bietet bessere Möglichkeiten. Jjede Iteration kann getestet und verbessert werden. Es ist ein kostengünstiger Prozess und verbessert die Effektivität der Kommunikation während des gesamten Designzyklus.

Verkürzung der Produkteinführungszeit

Die Zeit, die eine Idee braucht, um vom Konzept zum Produkt zu reifen, sollte so kurz wie möglich sein. Statt Wartezeiten von Monaten oder Jahren beim traditionellen Prototypenbau dauert der Rapid-Prototyping-Prozess mit 3D-Druck meist nur Tage. Mit einem 3D-Drucker können Sie Ihre nächste Wiederholung aus einer leicht angepassten CAD-Datei viel schneller erstellen als mit einem herkömmlichen subtraktiven Prototyping-Prozess. Die Beschleunigung des Designzyklus verkürzt von Natur aus die Zeit bis zur Markteinführung eines neuen Produkts.

Testen und Verbessern

Jeder 3D-gedruckte Prototyp ist im Idealfall einen Schritt besser als die vorhergehende Version. Wenn Sie einen lebensgroßen funktionalen Prototypen in die Hand nehmen, können Sie die Vor- und Nachteile dieses speziellen Designs besser verstehen, so dass es schnell genehmigt oder abgelehnt werden kann, da es im Test auf Herz und Nieren geprüft werden kann. Ihr Konstruktionsteam kann die technischen Eigenschaften testen und ein Gefühl für das Aussehen und die Haptik jedes Prototyps bekommen. So können Sie bereits in der Entwicklungsphase etwaige Herstellbarkeitsprobleme oder Risiken für die Benutzerfreundlichkeit verstehen, bewerten und verbessern.

Wettbewerbsfähige und kosteneffiziente Modelle erstellen

Hand in Hand mit der Beschleunigung der Produkteinführungszeit geht die Reduktion der Kosten, die mit langen Entwurfszyklen verbunden sind. Wenn ein Produkt schneller auf den Markt gebracht wird, verringert sich naturgemäß der hohe Preis längerer, arbeitsintensiver Abläufe. Eine wettbewerbsfähige Positionierung erfordert eine schnelle Entwicklung und Einführung, insbesondere auf dem Verbrauchermarkt. Der großformatige 3D-Druck ermöglicht auch die gleichzeitige Herstellung mehrerer verschiedener Prototypen, so dass eine schnellere Entscheidungsfindung möglich ist, wenn die Wahl zwischen mehreren optischen oder haptischen Merkmalen besteht.

Effektive Kommunikation verbessern

Der schnelle Einsatz von Rapid Prototyping schließt Lücken in der Kommunikation und vereinfacht die Diskussion. Es ist viel einfacher, wenn jeder Ingenieur in Ihrem Team dasselbe Verständnis eines Prozesses hat. Wenn Sie schnell den nächsten physischen Prototyp in der Hand haben, bietet dies einen klaren Bezugspunkt. Je mehr sich jeder Prototyp dem Aussehen und der Leistung der endgültigen Konstruktion annähert, desto leichter werden kleine Optimierungen und große Anpassungen für Ihr gesamtes Team verständlich.

Rapid Prototyping - Ford MegaBox

Wie Sie Rapid Prototyping in Ihrem Entwicklungsprozess einsetzen

Rapid Prototyping klingt toll, aber wo kann es im Konstruktionsprozess eingesetzt werden? Die Antwort ist an dieser Stelle vielleicht nicht ganz überraschend: Vom ersten Konzeptbeweis bis zum endgültigen Design-Prototyp kann Rapid Prototyping über den gesamten Prozess hinweg zum Einsatz kommen.

Konzept-Prototypen

Die frühesten Prototypen sind oft konzeptionell. Konzept-Prototypen dienen als physische Überprüfung der Ideen, die als Skizze auf einer Serviette entstanden sein könnten.

Eine Idee in die dreidimensionale reale Welt zu bringen, ist der beste Weg, ihre Realisierbarkeit zu beweisen. Die praktische Arbeit mit einem Konzeptmodell kann Ihrem Ingenieurteam helfen, die nächsten Schritte zu verstehen, und gleichzeitig das Management ermutigen, ein Projekt voranzutreiben. Diese frühen Prototypen sind oft die gröbsten, da sie die risikoärmsten Darstellungen im Rapid-Prototyping-Zyklus sind. Diese Prototypen werden schnell und in der Regel in anderen Materialien und Farben hergestellt als Prototypen in späteren Phasen. Sie sind auf keinen Fall endgültige Entwürfe.

Rapid Prototyping - LOCI PodCar

Ästhetische oder industrielle Design-Prototypen

Sobald ein Entwurf in seiner gröbsten Form validiert ist, geht er als nächstes in einen ästhetischen oder industriellen Designschritt über. Diese nächsten Prototypen beginnen mit der Feinabstimmung, wie das Design aussehen und sich anfühlen sollte. Das bedeutet, sich der Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität zuzuwenden - ohne notwendigerweise schon voll funktionsfähig zu sein.

Um sicherzustellen, dass sich ein neues Bauteil in ein größeres Ganzes einfügt oder dass ein neues Produkt zur bestehenden ästhetischen oder funktionalen Linie Ihrer Marke passt, sehen diese Prototypen genauer wie etwas aus, das sich auf ein endgültiges Design zubewegt. Diese Prototypen ermöglichen es den Ingenieuren auch, zu überlegen, wie sie das endgültige Design am besten herstellen können.

Vor allem bei der Arbeit mit lebensgroßen, größeren Designs wie Möbeln wird es immer wichtiger, lebensgroße Prototypen zu haben, die in echte Räume und zu echten Benutzern passen, da die Designs den Prototyping-Zyklus durchlaufen. Der großformatige 3D-Druck kann diese lebensgroßen Designs zum Leben erwecken, so dass eine Iteration in kürzerer Zeit als mit herkömmlichen Fertigungsverfahren hergestellt und getestet werden kann.

Der Möbelhersteller Steelcase erfährt hat diesen Vorteil aus erster Hand, wenn er seinen großformatigen BigRep 3D-Drucker zur Erstellung neuer Möbelentwürfe einsetzt:

Funktionale Prototypen

Ein funktionsfähiger Prototyp tut genau das: Er funktioniert. Diese späteren Prototypen werden oft aus Materialien hergestellt, die denen ähnlich sind, die in einem Endprodukt verwendet werden, um zu überprüfen, ob alles wie beabsichtigt funktioniert. In dieser Phase achten die Ingenieure auf die Leistung: Passt alles, funktioniert das Produkt, tragen tragende Teile Lasten?

Es muss auf Details geachtet werden, darauf, wie das Endprodukt hergestellt wird, vor allem, wenn dies in einem anderen Prozess als dem des Prototyps geschieht. Z.B. 3D-Druck eines Prototyps für ein Teil, das schließlich spritzgegossen wird. Wie wird das Endprodukt nachbearbeitet/montiert?.

Test der Serienproduktion

Produkte, die für den Massenbedarf bestimmt sind, müssen auch für die Massenproduktion geeignet sein. Das bedeutet meistens einen anderen Herstellungsprozess.

Obwohl der 3D-Druck sowohl für das Rapid Prototyping als auch für die Serienproduktion des Endprodukts die richtige Technologie sein kann - denken Sie zum Beispiel an Fälle von Mass Customization - wird dies nicht immer der Fall sein. Beim Prototyping muss das letztendlich zu verwendende Herstellungsverfahren berücksichtigt werden. Das heißt, dass Prototypen in späteren Phasen die gleichen Materialien verwenden und in die entsprechenden Herstellungsparameter passen, wie die endgültigen Bauteile.

Die Berücksichtigung konventioneller Herstellungsverfahren spielt hier eine größere Rolle, zum Beispiel für Werkzeuge, Vorrichtungen und Vorspannmittel oder andere notwendige Hilfsmittel. Design for Additive Manufacturing (DfAM) kann sich in Richtung des traditionellen Design for Manufacturing (DFM)-Denkens bewegen.

Demonstrations- oder Präsentations-Prototypen

Das endgültige Aussehen ist der letzte Schritt beim Prototyping, der letzte Schritt vor Beginn der vollständigen Produktion. In dieser Phase sollte sich ein Prototyp nicht nur wie das Endprodukt anfühlen und funktionieren, sondern auch so aussehen.

Dieser Prototyp kann für Marketingmaterialien verwendet werden, während die Produktion hochgefahren wird, um Investoren von der endgültigen Realisierbarkeit und Machbarkeit zu überzeugen, für abschließende Praxistests oder für alle anderen Demonstrations- oder Präsentationsbedürfnisse. Das Ziel des Rapid Prototyping ist es, dieses Stadium mit herkömmlichen Prototyping-Abläufen schneller als je zuvor zu erreichen.

Rapid Prototyping - Rexroth AGV Automated Guided Vehicle

Wie kann ich mit Rapid Prototyping starten?

Um mit Rapid Prototyping und Additiver Fertigung zu beginnen, benötigen Sie im Grunde nur eines: Zugang zu einem 3D-Drucker. Aber es gibt mehr als einen Weg dorthin. Sie können einen 3D-Drucker in vielen Größen kaufen, von Desktop- bis hin zu großformatigen 3D-Druckern. Ihr einfachster Einstieg in das Prototyping im großen Format ist der BigRep ONE.

Schlussfolgerung

Rapid Prototyping und 3D-Druck arbeiten Hand in Hand für eine bessere und schnellere Produktentwicklung. Durch die Beschleunigung Ihrer Arbeitsabläufe und die Beseitigung von Engpässen und anderen Schwachstellen der traditionell langwierigen Prototyping-Zyklen ermöglicht der 3D-Druck eine neue Lösung für eine schnellere Markteinführung. Kürzere Entwicklungszyklen und kosteneffizientes Rapid Prototyping sind ein Gewinn für Ihr Engineering-Team.

Erfahren Sie mehr über Additive Fertigung

Wie der großformatige 3D-Druck die Industrie verändert

Erfahren Sie, wie branchenführende Unternehmen den 3D-Druck einsetzen, während wir vier Anwendungen untersuchen, die dazu beitragen, die Produktivität zu steigern, die Vorlaufzeiten zu verkürzen und die Markteinführung zu beschleunigen.

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Großformatiger 3D-Druck: Entwurf bis zur Produktion

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KOMPLEXE TEILE. GANZ GROSS.

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 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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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:

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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.

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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.

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CNC-Fräsen

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  • 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.

 

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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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

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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
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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

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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

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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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