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Maßnahmen und Technologien, die zur Veränderung von Oberflächeneigenschaften dienen.

Oberflächentechnik

Oberflächentechnik

Maßnahmen und Technologien, die zur Veränderung von Oberflächeneigenschaften dienen.

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Mit der richtigen Oberflächentechnik optimale Ergebnisse erzielen

Im Prototypen- und Modellbau sind aufgrund der Vielfalt an Modellen, Verfahren, Materialien und Ansprüchen der Kunden oftmals unterschiedliche Anforderungen existent. Im Fokus stehen dabei vor allem die jeweilige Oberflächenbehandlung und deren Beschichtung. Denn oftmals legen die von Modellbau Kurz erschaffenen Modelle den Grundstein für die folgende Serienproduktion. Die 3D Druckverfahren oder auch die abtragenden Fertigungsverfahren können dabei nicht immer sofort eine perfekte Oberfläche bieten. Daher kommen hier verschiedene Techniken zum Einsatz. Die Oberflächentechnik fungiert dabei quasi als Oberbegriff für sämtliche Maßnahmen und Technologien, die zur Veränderung von Oberflächeneigenschaften eingesetzt werden können.

Oberflächen Definition: Große Bandbreite an Finishing Optionen

Die Bandbreite an Finishing Optionen reicht diesbezüglich vom Lackieren, Bedrucken, Laserbeschriften und Färben über das Galvanisieren, Eloxieren und Strahlen bis hin zum Polieren der jeweiligen Modelle. Dank einer solchen Veredelung der Oberfläche erschaffen wir die jeweils gewünschte Oberflächentextur. Selbst die typische Schichtoptik lassen wir mit Hilfe einer expliziten Oberflächentechnik verschwinden; die Modelle sehen quasi wie gegossen aus. Zudem gewinnen die Modelle durch eine entsprechende Nachbehandlung deutlich an Robustheit und Korrosionsschutz gegenüber Witterungseinflüssen.

Die 3D Druckverfahren erfordern eine jeweils spezifische Oberflächentechnik

Modellbau Kurz nutzt diesbezüglich unterschiedliche 3D Druckverfahren, die – verfahrenstechnisch bedingt – mitunter im Hinblick auf die Qualität der Oberflächen stark variieren. Als Spezialist für stimmige Oberflächentechnik Lösungen holen wir dabei stets das Optimum aus den unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten heraus. Dies beginnt direkt bei der Auswahl des jeweiligen 3D Druckverfahrens, das genau zum druckenden Objekt passen muss, und sorgen für eine optimale individuelle Positionierung im Drucker. Bei den 3D Druckverfahren, die Supportmaterial benötigen, liegt unser Fokus dabei insbesondere auf den Berührungspunkten bzw. Kontaktstellen zwischen dem eigentlichen Objekt und dem Stützmaterial. Grundsätzlich aber weisen die unterschiedlichen 3D Druckverfahren und die diesbezügliche Qualität der Oberfläche wesentliche Unterscheidungsmerkmale auf, die es uns erlauben, eine jeweils spezifische Technik anzuwenden.

Überblick über 3D Druckverfahren und die jeweils mögliche Oberflächentechnik

Ob das Schleifen, Polieren, Lackierung oder die Nachbearbeitung mit Hilfe unserer internen Bedampfungsanlage (Kupfer, Chrom und Edelmetalle) – wir können stets auf die passende Oberflächentechnik zurückgreifen, um Modelle von der Optik und Haptik her zu optimieren. Um Ihnen einen entsprechenden Überblick über die unterschiedliche Oberflächenqualität im Rahmen der 3D Drucktechnologie und der dazu jeweils nutzbaren Oberflächentechnik zu geben, haben wir die Spezifikationen der gängigsten 3D Druckverfahren im Folgenden aufgeführt.

Pulverbasierte Verfahren: Mehrere Finishing Optionen stehen zur Auswahl

Die beliebtesten und daher auch am häufigsten genutzten Verfahren der Pulverbeschichtung sind das Selektive Lasersintern (SLS), das Colorjet Verfahren sowie HP Multi Jet Fusion und das Colorjet-Verfahren. Der typische schichtweise Aufbau wird dabei mit Hilfe von pulverförmigen Ausgangsmaterialien realisiert; diese Materialien werden im Laufe des Prozesses selektiv gebunden. Beim Colorjet Verfahren erfolgt der Aufbau des Objekts dabei zum Beispiel mittels eines chemischen Prozesses, bei dem die Schichten verklebt werden. SLS und auch HP Multi Jet Fusion nutzen demgegenüber ein rein thermisches Verfahren. Allerdings kommt beim SLS diesbezüglich ein Laser zum Einsatz, während HP Multi Jet Fusion Infrarot verwendet. Im Gegensatz zu anderen Verfahren innerhalb der additiven Fertigung kann bei diesen Varianten auf Supportstrukturen respektive Stützmaterial verzichtet werden. Der Grund hierfür liegt in dem Umstand begründet, dass sich jedes Objekt immer vollumfänglich in einem Pulverbett befindet.

Materialbedingt lassen sich Poren und Löcher auf der Oberfläche finden

Prinzipiell ist bei 3D Druckverfahren dieser Art die allgemeine Qualität der Oberfläche Beschaffenheit hoch. In der Regel präsentieren sich die Oberflächen dabei auch immer vergleichsweise homogen. Allerdings entstehen bei diesen Bearbeitungsszenarien der additiven Fertigung Poren und teilweise auch regelrechte Löcher auf der Oberfläche des gedruckten Objekts. Dies liegt an der materialbedingten Größe der Pulverkörner, die im Durchschnitt rund 50 µm beträgt. Diese Poren bzw. Löcher können auch durch eine Oberflächentechnik wie das Schleifen nicht vollständig beseitigt werden. Daher lassen sich bei der Arbeit mittels dieser 3D Druckverfahren dann auch keine vollkommen glatten Oberflächenstrukturen erzeugen.

Optionen: Von der Oberflächentechnik Polieren bis zum Gleitschliff

Dennoch sorgen verschiedene Oberflächentechniken für eine sichtbare Verbesserung der Oberflächenbeschichtung. Neben dem Schleifen setzt Modellbau Kurz hierbei insbesondere auf das Polieren, das Strahlen sowie – gerade bei SLS Verfahren – auf den so bezeichneten Gleitschiff. Diese Finishing Optionen verbessern die Oberfläche bzw. deren Beschaffenheit mitunter zwar deutlich, dennoch aber können auch mit Hilfe dieser Finishing Maßnahmen keine nahezu von Poren befreite Oberflächen der Bauteile erstellt werden. Verfahren, die flüssige Ausgangsmaterialien verwenden, sind hier im Hinblick auf die Oberflächenqualität eindeutig im Vorteil.

Die richtige Nachbearbeitung glättet die Oberflächen

Die Experten von Modellbau Kurz besitzen allerdings sowohl Jahre Erfahrung als auch die erforderliche Technik, um ein annährend ähnlich gutes Oberflächenergebnis zu erzielen. Zum Einsatz kommen dabei mehrstufige Verfahren, die auf einer speziellen Oberflächen Verfüllung basieren, bevor die Oberfläche anschließend mehrfach geschliffen wird. Zudem werden – je nach Anwendung und Ausgangsmaterial – auch Vakuuminfusionen genutzt, um die Oberfläche zu glätten. Eine Nachbearbeitung dieser Art ist explizit aufwendig und zeitintensiv, sorgt aber für erstklassige Ergebnisse. So können auf diese Art und Weise nachbearbeitete Modelle auch als Urform sowie zum Beispiel im ästhetischen und künstlerischen Bereich ohne Probleme genutzt werden.

Flüssigkeitsbasierte Verfahren: Weitestgehend porenfreie Oberflächen

Das Wirkungsprinzip flüssigkeitsbasierter 3D Druckverfahren beruht auf der selektiven Aushärtung flüssiger Ausgangsmaterialien. Als gängigste Vertreter dieser Verfahrenstechnik gelten vorzugsweise die Stereolithografie (SLA/STL), die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP), das Digital Light Processing sowie die Continuous Liquid Interface Production (CLIP). Im Gegensatz zu den pulverbasierten Methoden sind bei den flüssigkeitsbasierten Verfahren Support- bzw. Stützkonstruktionen stets erforderlich. Vom Verfahrensweg her erhärtet dabei eine selektive Belichtung das flüssige Ausgangsmaterial. Als Belichtungsquellen lassen sich zum Beispiel beim Digital Light Processing ein Projektor oder etwa beim weit verbreiteten Stereolithografie Verfahren ein Laser nutzen.

Stützstrukturen hinterlassen oftmals Spuren auf der Oberfläche des Modells

Die von uns gefertigten Modelle respektive Objekte weisen dabei grundsätzlich eine sehr gute Oberflächenqualität auf, wobei die gesamte Oberflächenbeschaffenheit gleichmäßig und frei von Poren ist. Dies liegt zwar grundsätzlich auch an den Eigenschaften der flüssigen Ausgangsmaterialien, wird aber dennoch oftmals erst durch ein optimales Finish mit einer bedarfsgerecht eingesetzten Oberflächentechnik ermöglicht. Denn die verwendeten Stützstrukturen hinterlassen oftmals Spuren – etwa in Form von Wölbungen bzw. Erhebungen oder kleinen Löchern – auf der Oberfläche. Dies lässt sich gezielt manuell nachbearbeiten. Gerne wird hierfür Sandpapier verwendet. Allerdings werden die Oberflächen durch das Abschmirgeln häufig vergleichsweise inhomogen.

Wir gewährleisten die Porenfreiheit der Oberflächen

In solchen Fällen nutzt das Unternehmen Modellbau Kurz beispielsweise die Finishing Option des Strahlens. Im Rahmen dieser Oberflächentechnik strahlen die Spezialisten die Objekte dann – je nach vorliegender Körnung und Strahlgut – in jeweils unterschiedlicher Intensität ab. Bei Materialien wie beispielsweise Keramik greifen die Profis auch gerne zum Gleitschliffverfahren. Wenn es möglich ist, achten wir aber immer bereits im Vorfeld darauf, dass der Aufwand hinsichtlich einer adäquaten Oberflächentechnik Lösung so gering wie möglich ausfällt. So setzten wir Stützstrukturen bevorzugt an Objektstellen ein, die nicht oder lediglich unwesentlich eingesehen werden können. Eine entsprechende Porenfreiheit garantieren wir dabei durch wiederholtes Schleifen der Objektoberflächen. Dank unserer Oberflächentechnik können die entstandenen Modelle dann sowohl im Rahmen des Rapid Prototypings wie aber auch als Urform eingesetzt werden. Außerdem ist die Oberflächenqualität jederzeit für Verwendungszwecke prädestiniert, die eine Lackierung benötigen.

Polyjet- bzw. Multijet Modeling: Oberfläche lässt sich durch Schleifen verbessern

Das computergesteuerte Polyjet Verfahren bringt mittels eines Druckkopfes mit Düsen schichtweise flüssige Kunststoffe respektive lichtaushärtende Polymere auf eine absenkbare Fläche bzw. Ebene auf. Das anfangs flüssige Material wird anschließend anhand von UV-Licht sofort ausgehärtet. Dieses 3D Druckverfahren benötigt prinzipiell Supportstrukturen und bringt in der Regel sehr gute Oberflächen hervor. Da hierbei äußerst geringe Schichtstärken genutzt werden, entstehen vornehmlich sehr homogene Oberflächen.

Alternative Stützmaterialien beugen einer komplizierten Nachbehandlung vor

Beim Einsatz herkömmlicher Techniken hinterlassen aber die Stützkonstruktionen entsprechende Spuren, die via Oberflächentechnik nachbehandelt werden können. Bei 3D Druckern der neuen Generation, die auch wasserlösliche oder thermisch lösliche Stützmaterialien verwenden, wird die Qualität der Oberfläche allerdings nicht mehr beeinträchtigt. Hier ist eine entsprechende Nachbehandlung durch eine explizite Oberflächentechnik in den meisten Fällen nicht mehr nötig. Mittels der Oberflächentechnik können Oberflächen noch weiter optimiert werden, was gerade bei der Herstellung von Urformen wichtig ist.

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