Kohlefaser-3D-Drucker: Alles, was Sie wissen müssen

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Carbon Faser 3D-Druck:
Alles, was Sie wissen müssen

Carbonfaser-3D-Druck ist Ihr Schlüssel, wenn Sie hochfeste 3D-Druckteile herstellen wollen. Kunststoffe, die entweder mit geschnittenen oder durchgehenden Carbonfasern verstärkt sind, ermöglichen eine hohe Leistungsfähigkeit bei allen Vorteilen des 3D-Drucks.

Was sind diese Materialien, welche Vorteile bieten sie, wo werden sie am besten eingesetzt und wie können Sie mit ihnen arbeiten? Hier erfahren Sie alles, was Sie über den 3D-Druck mit Carbonfasern wissen müssen!

Warum Sie Carbonfaser-3D-Druck benötigen

Industrielle Produkte erfordern oft spezifische mechanische Eigenschaften und hohe Präzision. Glücklicherweise ermöglicht der 3D-Druck mit Carbonfaser-Filament die Widerstandsfähigkeit und Festigkeit traditioneller technischer Materialien auch mit der additiven Fertigung zu erzielen.

Durch die Verbindung der Eigenschaften eines hochfesten Materials mit den vielen Vorteilen der additiven Fertigung, bietet der 3D-Druck mit Carbonfaser-Filament eine außergewöhnliche Dimensionsstabilität für sehr stabile Bauteile. Gleichzeig verfügen sie über eine feine Oberflächenbeschaffenheit und hohe Temperaturbeständigkeit - ideal für funktionale, leistungsstarke Anwendungen.

Da der 3D-Druck immer tiefer in die Produktion für den Endverbrauch vordringt, wird die Möglichkeit, sowohl Bauteile als auch Werkzeuge aus Carbonfaser-Filamenten herzustellen, immer mehr nachgefragt.

Unabhängig davon, ob diese Materialien in Formen, Vorrichtungen und Werkzeugen oder in Hochleistungs-Rennwagen, Spezialausrüstungen für die Luft- und Raumfahrt oder professionellen Radsportausrüstungen verwendet werden, können Sie mit dem Carbonfaser-Filament die hochfesten Bauteile herstellen, die Sie benötigen. Als ein relativ neues Konzept hat der Carbonfaser-3D-Druck natürlich seine Vor- und Nachteile, die man gut verstehen muss, bevor man in eine Anwendung investiert.

Was ist carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK)

Carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) ist, wie der Name schon sagt, ein mit Kohlefasern verstärkter Kunststoff. Diese Verbundwerkstoffe vereinen die Qualitäten und Leistungseigenschaften der Kohlefaser mit dem Polymermaterial. Das heißt, bei in Verbindung mit der Druckbarkeit und Benutzerfreundlichkeit eines Standard-Thermoplasten wie PLA, ABS oder PET, Ihr Bauteil durch den Zusatz von geschnittenen oder Endlos-Kohlefasern überlegene mechanische Eigenschaften erhält.

Was ist Carbon Fiber-Filament?

Carbonfaser-Filament ist einfach ein 3D-Drucker-Filament, das aus CFK hergestellt wird.

Das PET-CF Filament ist ein hervorragendes Beispiel für diese Art von Material. Hergestellt aus PET (Polyethylenterephthalat), das mit Kohlefaser verstärkt ist, bietet PET-CF Formbeständigkeit und eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme. Das Material kann mit einem 3D-Drucker verarbeiter werden, um außergewöhnlich starke, fest Bauteile mit einer feinen Oberflächenbeschaffenheit und einer Hitzebeständigkeit bis zu 100°C herzustellen.

FFF (Extrusionsbasierter) 3D-Druck verwendet geschnittene Kohlefasern. Diese kleinen, weniger als einen Millimeter langen, Fasern werden in einen Standard-Thermoplasten als Verstärkungsmaterial eingemischt. Endlosfaserstränge sind stärker und länger, erfordern jedoch einen aufwändigeren 3D-Druckprozess mit zwei Druckköpfen.

Kohlefaser-Filament

Die Vorteile des Carbonfaser-3D-Drucks

Die Vorteile des Kohlefaser-3D-Drucks liegen vor allem in den hohen technischen Eigenschaften. Diese umfassen:

HOHE FESTIGKEIT

Die vielleicht beliebteste Eigenschaft von Carbonfaser-Filamenten ist die hohe Festigkeit, die den Schlüssel zu ihrer Leistungsfähigkeit darstellt. Kohlefaser bietet ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, das hohe Leistung bei geringer Dichte ermöglicht.

NIEDRIGES GEWICHT

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

HOHE HITZEBESTÄNDIGKEIT

Im Vergleich zu Standard-3D-Druckfilamenten wie PLA, ABS und PETG können Kohlefasern wesentlich höheren Temperaturen standhalten. Carbonfaser-Verbundmaterialien - unter Verwendung eines kohlefaserverstärkten Polymers - erhöhen die Hitzebeständigkeit der Kunststoff-Martix für eine bessere Leistung.

Stiffness

3D-gedruckte Carbonfaser-Bauteile behalten auch unter hoher Belastung ihre Form. Im Gegensatz zu anderen Materialien, die Festigkeit und Haltbarkeit gegen Härte eintauschen, gewährleistet die mit Kohlefaser mögliche Steifigkeit die strukturelle Integrität.

Nachteile des Carbon 3D-Drucks

Kein Material erfüllt alle möglichen Anforderungen gleichzeitig. Zu den Nachteilen von Carbonfaser-Filamenten gehören im Allgemeinen die Kosten, die spezielle Ausrüstung und die geringe Stoßfestigkeit sowie die Auswahl der richtigen Materialzusammensetzung.

KOSTEN

Als Material in Industriequalität ist Carbonfaser-Filament ein Premiumprodukt. Das heißt, es ist von Natur aus teurer in der Herstellung als Standard-3D-Druckmaterialien. Bei der Herstellung jeder Spule von Kohlefaser-Filamenten wird ein erheblicher technischer Aufwand betrieben, was sich in der Preisstruktur dieser Materialien widerspiegelt.

SPEZIALAUSRÜSTUNG

Der 3D-Druck mit Kohlefaser erfordert eine spezielle Hardware. Zum Beispiel müssen Düsen aus gehärtetem Stahl - wie z.B. beim BigRep STUDIO G2 - anstelle von Standarddüsen aus Messing oder Aluminium verwendet werden. Sie müssen den abrasiven Kohlefaserfäden standhalten, um nicht zu erodieren. Für die volle Schichthaftung ist außerdem eine hohe Drucktemperatur für den 3D-Druck von Carbonfasern erforderlich.

BRÜCHIGKEIT

Während Kohlefaser-Filamente eine hohe Festigkeit bieten, ist der Kompromiss eine relativ geringe Stoßfestigkeit. Anwendungen mit hoher Stoßkraft können dazu führen, dass das 3D-gedruckte Kohlefaserbauteil bricht.

MATERIAL-ZUSAMMENSETZUNG

Nicht alle Kohlefaser-Filamente sind gleich beschaffen. Es müssen umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt werden, um ein vollständiges Verständnis über die Unterschiede zwischen Filamenten mit geschnittener und Endloskohlefaser zu erreichen. Dies ist zwar nicht unbedingt ein Nachteil, der nur für diesen Materialtyp spezifisch ist. Aber die relativ kleine Auswahl an Optionen beim 3D-Druck mit Kohlefaser bedeutet, dass beim Einkauf des am besten geeigneten Materials mehr Sorgfalt geboten ist.

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Composite Form 3D-gedruckt aus Kohlefaser-Filament

Wo wird CFK eingesetzt?

Der CFK-3D-Druck wird am besten in Fertigungsumgebungen eingesetzt. Zu den Hauptverwendungszwecken dieser Materialien gehören die Herstellung von Gussformen, Vorrichtungen und Werkzeugen.

Verbundwerkstoff-Formen & Thermoformwerkzeuge

Das 3D-Drucken von Formen ist eine der überzeugendsten Anwendungen im Zusammenspiel von additiven und traditionellen Fertigungsmethoden. 3D-gedruckte Gussformen verbinden die Komplexität und Produktionsgeschwindigkeit der additiven Fertigung mit den Möglichkeiten der Serienproduktion mittels Gusswerkzeugen.

Für die Herstellung von Verbundwerkstoff-Formen und Werkzeugen für das Thermoformen, kann CFK seine Stärken ganz ausspielen.

Verbundwerkstoff-Formen sind häufigsten Werkzeugen, um große Chargen identischer Bauteile kostengünstig zu produzieren. Wie der Name schon sagt, werden Verbundwerkstoff-Formen aus Verbundwerkstoffen hergestellt, die in komplexen Formen ausgeführt werden können. Sie halten häufigem Gebrauch stand - und das zu deutlich geringeren Kosten als Formen aus Aluminium oder Stahl.

Thermoformwerkzeuge werden verwendet, um eine flache Thermoplast-Platte durch Wärme und Druck in die gewünschte Form zu bringen. Dabei wird die Kuststoff-Platte erhitzt, bevor sie an die Oberfläche der Negativform angepasst wird. Tiefziehwerkzeuge müssen vielen Wiederholungen unter hohen Temperaturen standhalten. Was besondere Anforderungen an die Werkstoffe stellt, die CFK-Materialien gut erfüllen können.

Vorrichtungen und Werkzeuge

Vorrichtungen und Werkzeuge werden oft als Ergänzung zu Fertigungsprozessen betrachtet. Spannvorrichtungen werden verwendet, um bestimmte Teile in den verschiedenen Phasen ihrer Herstellung an Ort und Stelle zu halten. Wie die Werkzeuge kommen sie überall in der Produktion zum Einsatz.

Diese wichtigen Werkzeuge sind oft am leistungsfähigsten, wenn sie an die jeweilige Anwendung angepasst sind. Außerdem werden sie durch ständigen Gebrauch abgenutzt werden. Deshalb werden Spannvorrichtungen und Werkzeuge immer häufiger am Einsatzort 3D-gedruckt. Sie können an ihre spezifischen Bedürfnisse angepasst und bei Bedarf reproduziert werden. So muss nicht ausgelagert oder auf eine Auffüllung der Lagerbestände gewartet werden.

3D-gedruckte Vorrichtungen und Werkzeuge sind leistungsfähiger und langlebiger, wenn sie aus Carbonfaser verstärkten Materialien wie HI-TEMP CF hergestellt werden.

Wie man Kohlefaserfilamente druckt

Der 3D-Druck von Kohlefaserfilamenten erfordert eine spezielle Produktionsumgebung. Da es sich hierbei um "exotische" Materialien in Industriequalität handelt, können sie nicht wie Standard-Filamente mit den gleichen Einstellungen verdruckt werden.

Anforderungen für die Verarbeitung von Kohlefaserfilamenten

Kohlefaserfilament ist abrasiver als viele andere Kunststoffmaterialien und hat spezifische Wärmeanforderungen. Zu den Voraussetzungen für den 3D-Druck mit Kohlefaserfilamenten gehören:

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BEHEIZTES DRUCKBETT

Hand in Hand mit einem geschlossenen 3D-Drucker-Gehäuse geht ein beheiztes Druckbett. Die erste Schicht des Drucks muss am Druckbett haften, um eine solide Grundlage für den gesamten Druckauftrag zu schaffen.

ABRASIVE-MATERIAL-COMPATIBLE-Bigrep-3d

GEHÄRTETE 3D-DRUCKER-DÜSE

Im Laufe der Zeit - die von einem bis zu einigen wenigen Druckaufträgen variieren kann - wird das Kohlefaserfilament aufgrund seiner Abrasivität eine Standard-3D-Druckdüse abnutzen. Eine Messingdüse beispielsweise wird sich beim Extrudieren dieser Materialien verformen und erodieren und letztendlich unbrauchbar werden. Gehärteter Stahl ist eine Voraussetzung dafür, dass ein 3D-Drucker CFK-Filament verarbeiten kann.

Natürlich müssen alle Konstrukteure, Ingenieure und Bediener, die an einem Carbon-Projekt arbeiten, gut geschult sein. Schulung und Weiterbildung müssen berücksichtigt werden, wenn es darum geht, Carbonfaser-Kunststoffe einzusetzen.

Drucker für Kohlefaserfilamente

Angesichts der umfangreichen Parameter, die für die Arbeit mit Kohlefaserfilamenten erforderlich sind, ist es hilfreich, mit einem 3D-Drucker zu arbeiten, der für die Verwendung von Materialien in Industriequalität entwickelt wurde.

Der BigRep STUDIO G2 3D-Drucker wurde speziell für die Zuverlässigkeit mit abrasiven und technisch hochwertigen Materialien entwickelt. Zu seinen Merkmalen gehören ein vollständig geschlossener Bauraum, ein BOFA-Luftfiltersystem und eine temperaturgesteuerte Filamentkammer. In Kombination mit einem schnell heizenden, großformatigen Druckbett werden mit fortschrittlichen Materialien hochqualitative Ergebnisse erzielt.

Zu den spezifischen Aspekten des STUDIO G2, die es besonders gut für die Arbeit mit Kohlefaserverstärkten Filamenten geeignet machen, gehören:

3D-DRUCK-DÜSEN AUS STAHL

Mit der Verwendung spezieller Stahldüsen für kohlefaserverstärkte Filamente und andere abrasive Materialien ist der STUDIO G2 unser vielseitigster 3D-Ducker. Der speziell konstruierte Extruder, der für das Drucken mit fortschrittlichen, technisch hochwertigen Filamenten bei hoher Geschwindigkeit ausgelegt ist, erreicht zuverlässige, hohe Durchflussraten. Er ermöglicht die schnelle Herstellung industrieller Werkzeuge mit einer Länge von bis zu einem Meter.

GESCHLOSSENES GEHÄUSE

Der vollständig geschlossene Bauraum bietet die perfekte Umgebung, um konsistente, hochwertige Druckergebnisse zu erzielen. Er ermöglicht den Benutzern einen sicheren und einfachen Zugang zum Druckbett und die Gelegenheit, den Druckprozess in einem geschlossenen Raum visuell zu überwachen. Sicherheitsvorkehrungen wie ein automatischer Stop beim Öffnen des Gehäuses gewährleisten einen reibungslosen und sicheren Druckprozess in jeder Umgebung.

SCHNELL AUFHEIZENDES DRUCKBETT

Die Vorbereitungszeit für alle Druckprojekte wird durch das schnell aufheizbare Druckbett des G2, das in nur 15 Minuten eine Temperatur von 80°C erreichen kann, verkürzt. Dadurch wird eine optimale Haftung für eine Vielzahl von hochwertigen Materialien erreicht. Gekoppelt mit einem induktiven Sensor, der eine halbautomatische Druckbettnivellierung ermöglicht, um eine optimale Kalibrierung und maximale Kontrolle zu gewährleisten, ist der STUDIO G2 für schnelle und zuverlässige Arbeit ausgelegt.

BEHEIZTE FILAMENTKAMMERN

Zwei beheizte Filamentkammern stellen sicher, dass Materialien in Industriequalität mit sensiblen Umweltanforderungen in einer durchgehend kontrollierten Umgebung trocken bleiben, um die beste Qualität zu gewährleisten. Sowohl die Kammern, als auch das Druckbett verfügen zudem über unabhängige Temperaturkontrollen, die über die Industriestandards hinausgehen und Ihnen maximale Kontrolle über Ihre 3D-Druckumgebung ermöglichen.

Schlussfolgerung

Sobald Sie sich für den 3D-Druck mit Kohlefaser entscheiden, bedeutet das, dass Sie die Parameter und die speziellen Ausrüstungen und Anforderungen besondere Beachtung schenken müssen. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, können Sie erstklassige, leichte, langlebige und funktionelle Bauteile produzieren, die einer Vielzahl industrieller Anwendungen standhalten können. Und das mit der ganzen Komplexität des Designs, die der 3D-Druck zu bieten hat.

PREMIUM-EFFIZIENZ FÜR ANWENDUNGEN IN DER INDUSTRIE

Der industrielle 3D-Drucker STUDIO G2 wurde speziell auf Zuverlässigkeit bei abrasiven und technischen Werkstoffen ausgelegt. Er ist ein langlebiger und kostengünstiger Partner für Ihre Innovationen, da er das gegenwärtig beste Verhältnis zwischen Bauvolumen und Auflösung bei 3D-Druckern bietet. Der STUDIO G2 mit seinem ansprechenden und platzsparenden Gehäuse eignet sich perfekt zur Produktion großformatiger Teile in jeder Arbeitsumgebung – vom Büro bis zur Werkstatt.

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Der industrielle 3D-Drucker STUDIO G2 wurde speziell auf Zuverlässigkeit bei abrasiven und technischen Werkstoffen ausgelegt. Er ist ein langlebiger und kostengünstiger Partner für Ihre Innovationen, da er das gegenwärtig beste Verhältnis zwischen Bauvolumen und Auflösung bei 3D-Druckern bietet. Der STUDIO G2 mit seinem ansprechenden und platzsparenden Gehäuse eignet sich perfekt zur Produktion großformatiger Teile in jeder Arbeitsumgebung – vom Büro bis zur Werkstatt.

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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:

Steelcase 3D Printing Furniture Prototypes

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.

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Wie der großformatige 3D-Druck die Industrie verändert

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Großformatiger 3D-Druck: Entwurf bis zur Produktion

Warum ist Größe wichtig und welchen Wert hat sie? Nehmen Sie an diesem kostenlosen Webinar teil und erfahren Sie, wie die Leistungsfähigkeit des großformatigen 3D-Drucks Ihnen dabei helfen kann, Ihr Design zu verbessern und Kosten zu senken sowie gleichzeitig die Markteinführung zu beschleunigen.

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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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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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.

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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.

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

3D Print Post Processing Priming
  • 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

  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

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
  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • 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
  • SCHWIERIGKEITSGRAD
  • OBERFLÄCHENQUALITÄT

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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