Nachbearbeitungsmethoden zum Glätten von 3D-gedruckten Teilen: Schleifen, Sandstrahlen, Kugelstrahle

Nachbearbeitungsmethoden zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit von 3D-gedruckten Teilen

Der Weg vom 3D-gedruckten Objekt zum fertigen Meisterwerk ist mit sorgfältiger Nachbearbeitung gepflastert. In diesem Artikel stellen wir die Nachbearbeitungstechniken vor, die für eine besonders glatte Oberflächenbeschaffenheit unerlässlich sind.

Die Nachbearbeitung umfasst verschiedene Techniken zum Glätten der Oberfläche von 3D-Drucken. Durch Schleifen werden beispielsweise Schichtlinien systematisch entfernt und das Teil perfekt geglättet. Beim Sandstrahlen und Kugelstrahlen werden Hochgeschwindigkeitspartikel verwendet, um Oberflächen gleichmäßig zu strukturieren, während die Teile in einer abrasiven Umgebung auf Hochglanz poliert werden. Außerdem verleiht das Polieren 3D-Drucken einen strahlenden Glanz.

Bei der Untersuchung von Oberflächenglättungstechniken berücksichtigen wir Faktoren wie Materialeigenschaften, Teilekomplexität und beabsichtigte Anwendung.

Schleifen

Durch Schleifen können 3D-gedruckte Teile veredelt werden. Es ist der Grundstein der Oberflächenbearbeitung und verwandelt eine raue, vielschichtige Textur in eine glatte, lackierfähige Oberfläche. Dieser Abschnitt führt Sie durch den Schleifprozess und zeigt Ihnen die Werkzeuge und Techniken für verschiedene Materialien.

Schleifwerkzeuge

● Schleifblock : Unverzichtbar für eine gleichmäßige Druckverteilung, hilft, ein einheitliches Finish zu erzielen.

● Schleifschwämme : Flexibel und an Kurven anpassbar, perfekt für komplexe Geometrien.

● Schleifkasten : Hält Staub und Schmutz zurück und sorgt so für einen saubereren und kontrollierteren Vorgang.

● Schleifpapierrollen : Bieten kontinuierlichen Abrieb, ideal für größere oder mehrere Teile.

● Schleifbänder : Bei Verwendung mit Bandschleifern ermöglichen sie einen schnellen Materialabtrag und eignen sich hervorragend für den ersten Grobschliff.

Grit Progression kann enthalten:

1. Beginnen Sie mit einem Schleifpapier der Körnung 180, um die auffälligsten Unvollkommenheiten zu entfernen.

2. Wechseln Sie zur 400er-Körnung, um mit dem Glätten der Oberfläche zu beginnen.

3. Zur weiteren Verfeinerung auf 600er-Körnung umsteigen.

4. Verwenden Sie zur Vorbereitung auf höhere Oberflächen eine 800er-Körnung.

5. Schleifpapier mit einer Körnung von 1000 sorgt für ein poliertes Aussehen.

6. Zum Abschluss mit 2000er-Körnung eine ultraglatte Oberfläche erhalten, die zum Lackieren oder zur weiteren Verarbeitung bereit ist.

Hinweise: Das Schleifen kann die Toleranzen Ihres Teils beeinflussen. Berücksichtigen Sie vor der Auswahl des Schleifpapiers Toleranzen, Teilekomplexität und Montagedetails. Bei engen Toleranzen Ihres Teils verwenden Sie eine geringere Körnung, da bei höherer Körnung mehr Material abgetragen wird.

Materialspezifische Techniken

● Kunststoffteile : Beginnen Sie mit gröberer Körnung und arbeiten Sie sich nach oben. Achten Sie darauf, nicht zu viel zu schleifen und das Teil zu beschädigen.

● Metallteile (üblicherweise Aluminium- und Edelstahlteile): Verwenden Sie Schmiermittel wie Seifenlauge, um ein Verstopfen des Schleifpapiers zu verhindern und eine glattere Oberfläche zu erzielen. Es erfordert Geduld und einen sanften Umgang mit feinerer Körnung, um Kratzer auf der Oberfläche zu vermeiden.

Schleiftipps

1. Schleifen Sie immer in kreisenden Bewegungen, um die Entstehung von Rillen zu vermeiden.

2. Reinigen Sie das Teil häufig, um den Fortschritt zu überprüfen und eine Ablagerung von Sand zu verhindern.

3. Tragen Sie Schutzkleidung, um das Einatmen feiner Partikel zu verhindern.

Bildquelle: Ardec

Sandstrahlen

Sandstrahlen , auch bekannt als Strahlstrahlen , ist eine leistungsstarke Nachbearbeitungstechnik zum Glätten und Reinigen der Oberfläche von 3D-gedruckten Teilen. Bei dieser Methode wird Hochdruckluft mit Schleifmitteln vermischt, um unerwünschtes Material zu entfernen, Oberflächenunregelmäßigkeiten auszugleichen und ein gleichmäßiges Finish zu erzielen.

Sandstrahlverfahren

1. Vorbereitung: Stellen Sie sicher, dass das Teil sauber und frei von losem Material ist. Kleben Sie alle Bereiche ab, die nicht gestrahlt werden sollen.

2. Gerätekonfiguration: Wählen Sie das passende Schleifmittel je nach Material und gewünschter Oberfläche. Stellen Sie den Druck entsprechend der Toleranz des Teils ein.

3. Strahlen: Halten Sie die Düse in gleichmäßigem Abstand und Winkel zum Teil. Bewegen Sie die Düse in sanften, gleichmäßigen Bewegungen, um die gesamte Oberfläche abzudecken.

4. Kontrolle: Prüfen Sie das Teil auf Gleichmäßigkeit und Vollständigkeit. Wiederholen Sie den Vorgang gegebenenfalls.

Sicherheitsaspekte

1. Tragen Sie immer Schutzkleidung, einschließlich Handschuhe, Augenschutz und Atemschutzmaske.

2. Sorgen Sie für ausreichende Belüftung im Strahlbereich, um das Einatmen feiner Partikel zu vermeiden.

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Mobiles Sandstrahlen

Mobiles Sandstrahlen bezeichnet tragbare Sandstrahlgeräte, die direkt zum Werkstück gebracht werden können. Es eignet sich besonders für große oder feste Teile, die nicht einfach in einen speziellen Strahlbereich transportiert werden können. Mobile Sandstrahlgeräte ermöglichen Flexibilität bei der Nachbearbeitung und ermöglichen es den Bedienern, mit minimalem Einrichtungsaufwand vor Ort zu arbeiten.

Sandstrahlkabinen

Diese geschlossenen Einheiten dienen dem Strahlprozess und bieten eine kontrollierte Umgebung für kleinere Teile. Sandstrahlkabinen helfen nicht nur beim Recycling des Strahlmittels, sondern schützen den Bediener auch vor Staub und Schmutz. Sie sind ein unverzichtbares Werkzeug für gleichmäßiges und sicheres Sandstrahlen.

Bildquelle: BigRep

Kugelstrahlen

Glasperlenstrahlen ist eine Veredelungstechnik zum Reinigen und Glätten der Oberfläche von 3D-gedruckten Teilen. Im Gegensatz zum aggressiveren Sandstrahlen wird beim Glasperlenstrahlen die Oberfläche sanft mit feinen Glasperlen gerieben. Das Ergebnis ist ein gleichmäßiges, seidenmattes oder mattes Finish, das ästhetisch ansprechend und oft wegen seines sanften Glanzes begehrt ist.

Was ist Kugelstrahlen?

Beim Glasperlenstrahlen werden kleine Glasperlen mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche eines Teils geschleudert. Es eignet sich ideal für empfindliche Teile oder wenn eine feinere Oberfläche gewünscht ist. Das Glasperlenstrahlen zeichnet sich durch eine saubere, glatte und gleichmäßige Oberfläche aus, die das Erscheinungsbild von Metall- und Kunststoffteilen verbessern kann. Es entfernt effektiv Oberflächenfehler und bereitet die Teile auf nachfolgende Prozesse wie Lackieren oder Eloxieren vor.

Kugelstrahlen vs. Sandstrahlen

Beide Verfahren verbessern die Oberflächengüte, wobei das Kugelstrahlen oft bevorzugt wird, da es eine kontrolliertere und weniger schädliche Oberfläche bietet. Sandstrahlen kann für bestimmte Materialien oder Anwendungen manchmal zu aggressiv sein, während das Kugelstrahlen eine schonendere Alternative darstellt.

Größentabelle für Glasperlenkörnungen

Die Größe der beim Glasperlenstrahlen verwendeten Glasperlen wird in Körnung angegeben. Es gibt verschiedene Größen für unterschiedliche Oberflächen. Eine Körnungstabelle hilft bei der Auswahl der passenden Perlengröße für das gewünschte Ergebnis. Kleinere Perlen sorgen für ein feineres Finish, während größere Perlen für einen stärkeren Materialabtrag oder zum Erzeugen einer bestimmten Textur verwendet werden.

Bildquelle: Vaniman Manufacturing Co.

Perlenstrahlverfahren

1. Vorbereitung: Reinigen Sie das Teil und stellen Sie sicher, dass es frei von Ölen und anderen Verunreinigungen ist. Kleben Sie alle Bereiche ab, die nicht gestrahlt werden sollen.

2. Perlenauswahl: Wählen Sie basierend auf dem gewünschten Finish die richtige Perlengröße aus der Körnungsgrößentabelle.

3. Strahlen: Stellen Sie die Anlage auf den richtigen Druck ein und strahlen Sie das Teil gleichmäßig ab, wobei Sie einen gleichbleibenden Abstand und Winkel einhalten.

4. Inspektion: Überprüfen Sie das Teil nach dem Strahlen auf Gleichmäßigkeit und stellen Sie sicher, dass alle Bereiche ausreichend behandelt wurden.

Sicherheitsmaßnahmen

1. Tragen Sie Schutzkleidung, Handschuhe und Augenschutz.

2. Verwenden Sie einen gut belüfteten Bereich oder eine Strahlkabine mit geeigneter Staubabsaugung.

Bildquelle: TBK Metal

Taumeln

Trommeln ist ein Nachbearbeitungsverfahren, das sich durch die Möglichkeit auszeichnet, eine Charge von Teilen mit minimalem manuellen Eingriff gleichmäßig zu bearbeiten. Bei diesem Verfahren, auch als Trommelpolieren bekannt, werden 3D-gedruckte Teile in eine mit Schleifmitteln gefüllte Trommelmaschine gelegt. Durch die Rotation der Maschine reibt das Schleifmittel an den Teilen und glättet und poliert so deren Oberflächen.

Trommelveredelung

Die durch das Trommeln erzielte Oberflächengüte zeichnet sich durch eine gleichmäßige, glatte Oberfläche aus, die mit anderen Methoden oft nur schwer zu erreichen ist. Die Wahl des Schleifmittels – von Keramikpellets bis hin zu Stahlstiften – kann den Abrasivitätsgrad und das endgültige Erscheinungsbild der Teile beeinflussen.

Trommeln von Metallteilen

Insbesondere Metallteile profitieren erheblich vom Trommeln. Das Verfahren glättet nicht nur raue Kanten, sondern hilft auch, Bearbeitungsspuren zu entfernen und Oberflächen für die weitere Behandlung oder Beschichtung vorzubereiten. Trommeln ist besonders vorteilhaft für Teile mit komplizierten Designs oder schwer zugänglichen Bereichen, bei denen eine manuelle Nachbearbeitung schwierig wäre.

Trommelprozess

1. Auswahl des Mediums: Wählen Sie je nach gewünschtem Finish das passende Trommelmedium aus. Berücksichtigen Sie dabei Faktoren wie Größe, Form und Material des Mediums.

2. Beladen des Tumblers: Legen Sie die Teile und Medien in die Tumbler-Maschine. Stellen Sie sicher, dass die Maschine ausreichend befüllt ist, um ausreichende Bewegung zu ermöglichen.

3. Trommelzyklus: Stellen Sie die Maschine auf die richtige Geschwindigkeit und Dauer ein. Ein typischer Zyklus dauert einige Stunden bis mehrere Tage.

4. Reinigung nach dem Trommeln: Sobald der Zyklus abgeschlossen ist, trennen Sie die Teile vom Medium und reinigen Sie sie, um jeglichen Staub- oder Schmutzrest zu entfernen.

Vorteile des Tumblings

● Effizienz : Durch das Trommeln können viele Teile gleichzeitig verarbeitet werden, was Zeit und Arbeit spart.

● Gleichmäßigkeit : Sorgt für ein gleichmäßiges Finish auf allen Oberflächen des Teils.

● Zugänglichkeit : Erreicht Spalten und andere schwierige Bereiche, die bei manuellen Methoden möglicherweise übersehen werden.

Überlegungen

1. Materialkompatibilität: Stellen Sie sicher, dass das Medium für das Teilematerial geeignet ist, um Schäden zu vermeiden.

2. Teileintegrität: Empfindliche Teile müssen möglicherweise gepolstert oder sanfter geschleudert werden.

Bildquelle: Inovatec Machinery

Polieren

Bildquelle: Desktop Metal

Durch Polieren wird eine spiegelglatte Oberfläche erzielt, die nicht nur beeindruckend aussieht, sondern auch die Anforderungen an die funktionale Glätte erfüllt. Dieser Schritt ist besonders wichtig, wenn die Oberflächenrauheit – oder die Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche – auf präzise Vorgaben minimiert werden müssen. Hier besprechen wir die Bedeutung des Polierens und seinen Zusammenhang mit Oberflächenrauheitsparametern wie Ra, Rz, Rt und Rq.

Oberflächenrauheit verstehen

Die Oberflächenrauheit ist ein Maß für die Beschaffenheit einer Oberfläche und wird durch die Abweichungen in Richtung des Normalvektors einer realen Oberfläche von ihrer idealen Form quantifiziert. Sind diese Abweichungen groß, ist die Oberfläche rau, sind sie klein, ist sie glatt.

Rauheitsparameter

● Ra (Rauheitsdurchschnitt) ist der arithmetische Durchschnitt der absoluten Werte der gemessenen Höhenabweichungen der Oberfläche von der Mittelebene.

● Rz (durchschnittliche maximale Höhe) ist der Durchschnitt der einzelnen Höhen vom höchsten Gipfel bis zum tiefsten Tal über mehrere Probenahmelängen.

● Rt (Gesamtrauheit) ist der gesamte vertikale Abstand vom höchsten Gipfel zum tiefsten Tal innerhalb einer einzelnen Probenlänge.

● Rq (Root Mean Square Roughness) ist die Quadratwurzel des Durchschnitts der quadrierten Werte der Oberflächenhöhenabweichungen.

Polierprozess

1. Vorbereitung: Beginnen Sie mit einem Teil, das zuvor geschliffen oder perlgestrahlt wurde, um eine gleichmäßige Ausgangsoberfläche zu gewährleisten.

2. Auswahl der Polierwerkzeuge : Verwenden Sie je nach Material und gewünschter Oberflächenbeschaffenheit feinkörniges Polierpapier, Tücher oder spezielle Polierscheiben.

3. Auftragen von Poliermitteln: Tragen Sie geeignete Mittel auf, die von Diamantpaste für Hartmetalle bis zu wachsbasierten Produkten für Kunststoffe reichen können.

4. Poliertechnik: Führen Sie eine sanfte, kreisende Bewegung aus, um neue Kratzer zu vermeiden. Der Druck sollte gleichmäßig, aber je nach Material leicht bis mittel sein.

5. Messung der Oberflächenrauheit: Verwenden Sie ein Oberflächenrauheitsmessgerät, um den Ra-Wert nach dem Polieren zu messen und sicherzustellen, dass er den erforderlichen Spezifikationen entspricht.

Tipps zum effektiven Polieren

1. Allmählicher Fortschritt: Wechseln Sie von gröberen zu feineren Poliermitteln, um die Oberfläche schrittweise zu verfeinern.

2. Sauberkeit: Halten Sie das Teil zwischen den Schritten sauber, um eine Kontamination mit gröberen Partikeln zu vermeiden.

3. Geduld: Das Polieren ist ein zeitaufwändiger Prozess, der nicht überstürzt werden sollte, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Ra-Oberflächenrauheitsdiagramm

Ein Ra-Oberflächenrauheitsdiagramm ist ein visuelles Hilfsmittel zum Vergleich der Oberflächenbeschaffenheit eines Teils mit standardisierten Rauheitsgraden. Es hilft festzustellen, ob beim Polieren die gewünschte Glätte erreicht wurde.

Bildquelle: Rapid Direct

Wählen Sie die richtige Technik basierend auf der endgültigen Anwendung

Verschiedene Anwendungen erfordern unterschiedliche Oberflächengüten. Teile für die Luft- und Raumfahrt erfordern möglicherweise ein hohes Maß an Präzision und Glätte, während bei Teilen für künstlerische Installationen die optische Attraktivität im Vordergrund stehen kann.

Bei einem medizinischen Implantat müssen strenge Anforderungen an die Glätte gestellt werden, um Bakterienwachstum zu verhindern, während ein Prototyp möglicherweise nur eine einfache Oberfläche benötigt, um eine Idee zu vermitteln.

Wenn das Teil mit anderen Teilen zusammengebaut wird, sind Passung und Toleranz von entscheidender Bedeutung. Eine glattere Oberfläche kann einen festeren Sitz gewährleisten, während eine rauere Oberfläche für Teile geeignet sein kann, die Klebstoffe benötigen oder eingepresst werden sollen.

Auswahl der Technik

● Schleifen ist ideal für Teile, die eine glatte Oberfläche mit minimalem Geräteaufwand erfordern.

● Sandstrahlen eignet sich am besten für Teile, die eine gleichmäßige Oberfläche ohne die Präzision des Polierens benötigen.

● Das Kugelstrahlen eignet sich für Teile, die von einer matten Oberfläche profitieren, beispielsweise zum Entfernen von Flecken, zum Verbergen von Fingerabdrücken oder zum Reflektieren von Licht.

● Das Trommeln ist effektiv für die Massenverarbeitung von Metallteilen, bei der es auf Gleichmäßigkeit ankommt.

● Das Polieren ist Teilen vorbehalten, die eine Hochglanzoberfläche erfordern oder strenge Glättespezifikationen erfüllen müssen.

Überlegungen zur Auswahl

● Materialtyp : Das Material des Teils beeinflusst seine Kompatibilität mit bestimmten Nachbearbeitungsmethoden.

● Geometrische Komplexität : Komplizierte Designs erfordern möglicherweise feinere Endbearbeitungstechniken.

● Zeit und Kosten : Einige Methoden sind zeitaufwändiger oder teurer als andere, was sich auf die Durchführbarkeit einer Großserienproduktion auswirkt.