Eine Einführung in die Nachbearbeitung im 3D-Druck

Die Wertschöpfungskette der additiven Fertigung umfasst eine Vielzahl von Schritten, bevor man ein gebrauchsfertiges Teil in der Hand halten kann. Da ist natürlich die Druckphase, aber auch die Modellierungsphase, die am Anfang eines jeden Projekts steht. Wenn der 3D-Drucker seine Arbeit beendet hat, muss das Werkstück oft noch anschließend bearbeitet werden, was als Nachbearbeitung bezeichnet wird. Die Nachbearbeitung umfasst alle Arbeiten, die nach der Ausgabe des Teils aus der Maschine durchgeführt werden müssen, wie z. B. Reinigen, Oberflächenbehandlung, Glühen oder Färben. Die Nachbearbeitungstechniken beim 3D-Druck sind so vielfältig wie die Herstellungsverfahren selbst und erfüllen jeweils besondere Anforderungen. Aber wozu dient die Nachbearbeitung beim 3D-Druck letztendlich? Warum ist dieser Schritt bei der Herstellung unserer Teile von entscheidender Bedeutung? Wie ist der Markt strukturiert? Wir verraten Ihnen alle Details!

Die Nachbearbeitung im 3D-Druck wird hauptsächlich dazu verwendet, die Ästhetik der hergestellten Teile zu verbessern und/oder ihre Eigenschaften zu verbessern. Dabei geht es zum Beispiel darum, eine Oberfläche glatter zu machen oder ein Bauteil zu glühen, um seine Festigkeit zu erhöhen und seine Widerstandsfähigkeit zu optimieren. Während einige Nachbearbeitungstechniken bei jedem 3D-Druckverfahren angewendet werden können, sind andere technologieabhängig. Ein FDM-Teil wird nicht auf die gleiche Weise bearbeitet wie ein Metallteil. Die Nachbearbeitung ist also ein wichtiger Punkt, den Sie berücksichtigen müssen, wenn Sie mit dem 3D-Druck beginnen möchten.

Die Nachbearbeitung ermöglicht es unter anderem, die Ästhetik der 3D-gedruckten Teile zu verbessern (Bild: Sinterit)

Welche Methoden zur Nachbearbeitung im 3D-Druck gibt es?

Es gibt heute verschiedene Kategorien der Nachbearbeitung bei der additiven Fertigung, die in den nächsten Monaten in eigenen Artikeln behandelt werden. Zunächst einmal geht es um die Reinigung der Teile. Wie der Name schon sagt, umfasst diese Gruppe alle Techniken, die unser Teil zu säubern: Entpudern, Spülen, Bürsten, Blasen etc. Ziel ist es, alles überschüssige Material zu entfernen, egal ob es sich dabei um Pulver oder Harz handelt. Je nach verwendetem Druckverfahren dauert dieser Schritt länger oder kürzer. Es ist zum Beispiel bekannt, dass es sich beim Pulversintern um einen oft zeitraubenden Schritt handelt, der die Herstellungszeit verlängert.

Die zweite Kategorie ist das Glühen oder Tempern. Hier geht es darum, das Werkstück einer Temperaturerhöhung zu unterziehen, um seine mechanischen Eigenschaften wie Hitze-, Zug- oder UV-Beständigkeit oder auch seine Festigkeit oder thermische Stabilität zu verbessern. Dieser Schritt betrifft hauptsächlich Polymerteile – für Harzverfahren gibt es beispielsweise „Curing“-Maschinen, die direkt für die Verwendung mit diesem oder jenem Drucker konzipiert sind, wie es bei den Formlabs-Lösungen der Fall ist. Man denke auch an die Verfahren der Pulverbindung oder des indirekten metallischen 3D-Drucks, bei denen eine Entbinderungsphase durchlaufen werden muss, um dann über einen geeigneten Ofen gesintert zu werden. Glühtechniken werden also eingesetzt, um die endgültigen Eigenschaften und Funktionalitäten des Teils zu verbessern.

Bild: MakerBot

Es gibt zwei Kategorien, die zur Optimierung des Aussehens von Teilen eingesetzt werden: Oberflächenbearbeitung und Färbung. Die Oberflächenveredelung umfasst alle Methoden, mit denen das Aussehen eines Teils verbessert werden kann: Glätten, Polieren, Sandstrahlen, Infiltrieren oder Fräsen. Es gibt heute viele verschiedene Verfahren, um die Oberfläche eines Werkstücks zu verändern, indem man entweder Material hinzufügt oder abträgt. Durch Schleifen können beispielsweise Unebenheiten auf der Oberfläche beseitigt werden, während beim Sprühen eine Schicht eines Produkts hinzugefügt wird, um einen besseren Glanz zu erzielen.

Wenn wir nun das Färben betrachten, besteht das Endziel natürlich darin, dem fertigen Werkstück Farbe zu verleihen. Färben und Malen sind zwei Methoden, die heute verwendet werden; die Wahl hängt hauptsächlich vom verwendeten Druckmaterial ab. Beispielsweise wird das Färben eher bei Verfahren mit Polymerpulvern eingesetzt, während FDM-Teile eher lackiert werden.

Vorteile und Herausforderungen der Nachbearbeitung

Wie Sie sicher bemerkt haben, ist die Nachbearbeitung beim 3D-Druck ein wichtiger Schritt, um nicht nur die Optik, sondern auch die endgültigen Eigenschaften eines Teils zu beeinflussen. Mithilfe verschiedener Techniken kann das 3D-Druckteil in vollem Umfang genutzt und sogar vermarktet werden. Sie ermöglichen es, bestimmte Fehler zu korrigieren und manchmal sogar das Aussehen des 3D-Drucks zu „verschleiern“, indem sie Schicht für Schicht entfernt werden. Außerdem haben manche Kunststoffteile dank der Nachbearbeitung ähnliche Eigenschaften wie Metallteile, und das zu einem erheblich niedrigeren Preis.

Heute gibt es mehrere Färbetechniken (Bild: BigRep)

Natürlich hat auch die Nachbearbeitung ihre Herausforderungen und Grenzen, die der Markt seit einigen Jahren zu lösen versucht, um den Anwendern mehr Flexibilität zu bieten. Denn eines der größten Hindernisse bei der Nachbearbeitung im 3D-Druck ist die Zeit, die sie in Anspruch nimmt. Laut der von PostProcess Technologies veröffentlichten jährlichen Umfrage gaben 53 % der Teilnehmer an, dass ihre größte Herausforderung in der Zykluszeit der Nachbearbeitung liegt: Ihrer Meinung nach sind diese Schritte immer noch zu zeitaufwendig und ermöglichen es nicht, die Vorteile dieser durch den 3D-Druck selbst angebotenen Verkürzung der Fertigungszeit voll auszuschöpfen. Die Suche nach automatisierten Prozessen ist für viele Branchenexperten zu einer Priorität geworden, um sich von diesen Schritten zu befreien, die auch Arbeitskräfte binden, die an anderen strategischen Stellen eingesetzt werden könnten. Außerdem könnte durch die Automatisierung bestimmter Nachbearbeitungstechniken eine höhere Sicherheit der Mitarbeiter gewährleistet werden. In jedem Fall ist dies einer der wichtigsten Trends auf dem Markt, sei es in der Nachbearbeitung oder beim Drucken der Teile selbst, und wir freuen uns auf die nächsten Innovationen rund um die Prozessautomatisierung!

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*Titelbildnachweis: Protiq