Durch die Fähigkeit, unebene oder schichtige Oberflächen in glatte, professionelle Oberflächen umzuwandeln, stellt das Dampfglätten einen innovativen Nachbearbeitungsprozess im Bereich des 3D-Drucks dar. In diesem Artikel werden die Einzelheiten, Vorzüge und Einsatzbereiche dieses Verfahrens näher beleuchtet.
Angesichts der steigenden Nachfrage nach 3D-gedruckten Komponenten gewinnt die Notwendigkeit einer hochwertigen Oberflächenveredelung zunehmend an Bedeutung. Infolgedessen nimmt die Bedeutung von Nachbearbeitungsprozessen für 3D-gedruckte Bauteile zu, da sie sowohl ästhetische als auch mechanische Eigenschaften verbessern können. Die Dampfglättung hat sich als effektive Lösung für das weit verbreitete Problem sichtbarer Schichtlinien und rauer Oberflächen bei 3D-Drucken erwiesen, um hochprofessionelle und hochwertig anmutende Ergebnisse zu erzielen.
Was versteht man unter Dampfglättung im 3D-Druck?
Dampfglätten ist ein Veredelungsverfahren für 3D-gedruckte Objekte, bei dem die gedruckten Teile Dämpfen ausgesetzt werden. Dieser Prozess ist auch unter den Begriffen „chemisches Dampfglätten,“ „Dampfpolitur“ und „Dampfschmelzen“ bekannt und dient vor allem dazu, die kubigkartigen Oberflächen und sichtbaren Schichtlinien zu beseitigen, die sonst mit 3D-Drucken in Verbindung stehen.
Bei diesem Verfahren reagieren die chemischen Dämpfe mit der Oberfläche des Materials, was dazu führt, dass sie schmilzt und teilweise aufgelöst wird. Das Ergebnis ist eine glattere Oberfläche, die deutlich professioneller aussieht. Dampfglätten ist daher eine herausragende Option zur Verbesserung der Qualität von 3D-gedruckten Teilen.
Dieses Verfahren wird insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im Automobilbau häufig angewendet, wo die Teile aus ästhetischen Gründen sowie für eine optimale Funktionalität so glatt und perfekt wie möglich sein müssen.
Wie erfolgt das Dampfglätten?
Dampfglätten ist ein äußerst effizientes Verfahren, um glatte Oberflächen auf verschiedenen Materialien zu erzielen, ohne dabei Material abzutragen. Es basiert auf einer kontrollierten chemischen Schmelzreaktion, bei der ein Veredelungsmittel verwendet wird, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Während des Prozesses ist es von entscheidender Bedeutung, die richtige Temperatur aufrechtzuerhalten und den Druck zu kontrollieren, um das Werkstück nicht zu beschädigen.
Hier ist eine schrittweise Anleitung zum vollautomatischen Dampfglättungsprozess:
Schritt 1: Das Werkstück wird in eine dicht verschlossene Verarbeitungskammer mit einem Veredelungsmittel/Lösemittel, normalerweise FA 326, eingebracht. Dieses Lösemittel wird üblicherweise bei verschiedenen Kunststoffmaterialien eingesetzt, je nach Material können jedoch auch andere Mittel verwendet werden.
Schritt 2: Sobald sich das Werkstück in der Glättkammer befindet, wird das Lösemittel auf eine spezifische Temperatur erhitzt, um einen Dampf zu erzeugen, der das Werkstück umgibt. Die Aufrechterhaltung der Temperatur und die Druckkontrolle sind entscheidend, um sicherzustellen, dass der Dampf gleichmäßig über die Oberfläche des Werkstücks verteilt wird.
Schritt 3: Der Dampf haftet an der Oberfläche des Teils und löst eine kontrollierte chemische Schmelzreaktion aus. Diese Reaktion reduziert die Erhebungen und Vertiefungen auf der Oberfläche, indem sie das Material verflüssigt und umverteilt, was zu einer glatteren Oberfläche führt.
Schritt 4: Die chemische Schmelzreaktion erhöht auch den Glanz und die Brillanz des Materials. Das Ausmaß der Glanzverbesserung hängt von den Prozessparametern und dem verwendeten Lösemittel ab.
Schritt 5: Nachdem das Verfahren abgeschlossen ist, wird die Glättkammer beheizt, um den Dampf und das überschüssige Lösungsmittel zu entfernen, das dann in einem Auffangbehälter gesammelt wird. Das Werkstück bleibt rückstandsfrei und es wird kein Material während des Prozesses abgetragen.
Schritt 6: Nach der Dampfglättung kann das Werkstück einem nachfolgenden Prozess wie Färben, Spritzlackieren oder einer anderen Oberflächenbehandlung unterzogen werden.
Verfahren und verfügbare Materialien für Dampfglätten
Dampfglätten findet breite Anwendung in verschiedenen 3D-Druckverfahren, insbesondere bei der Verarbeitung von Polymeren und Elastomeren. Dieses Verfahren kann auf eine Vielzahl von 3D-gedruckten Materialien angewendet werden. Zu den am häufigsten verwendeten Materialien gehören PA 12 und PA 11. Zusätzlich bietet die Dampfglättemethode die Möglichkeit, das Material während des Prozesses zu färben. Dadurch können Werkstücke mit einer glatten und gleichzeitig farbigen Oberfläche erzeugt werden.
Vorteile der Dampfglättung
Der 3D-Druck hat die Fertigung durch die Möglichkeit zur Herstellung komplexer Teile mit anspruchsvoller Geometrie revolutioniert. Dennoch stellte die Verbesserung der Oberflächenqualität von gedruckten Teilen eine Herausforderung dar. In dieser Hinsicht bietet die Dampfglättung als Nachbearbeitungsverfahren erhebliche Vorteile für die Oberflächen von 3D-gedruckten Teilen. Die wichtigsten Vorteile sind:
Verbesserte Oberflächenqualität
Im Vergleich zu typischen SLS-Teilen, die normalerweise eine Oberflächenrauigkeit von über 8 µm Ra aufweisen, kann die Dampfpolitur eine Oberflächenrauigkeit von unter 3 µm Ra erreichen.
Verbesserte Leistung
Eine bessere Oberflächenqualität beeinflusst die mechanische Leistung eines gedruckten Teils erheblich. Die Oberflächenrauheit hat direkte Auswirkungen auf Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Biegefestigkeit von Teilen aus additiver Fertigung. Eine schlechte Oberflächenqualität kann zu Spannungskonzentrationen führen, die die Ermüdungslebensdauer verkürzen und zu vorzeitigem Versagen des Teils führen können.
Feuchtigkeitsbeständigkeit
Die glatte Oberflächenveredelung reduziert die Feuchtigkeitsaufnahme über die Werkstückoberfläche erheblich. Feuchtigkeit kann die Eigenschaften eines Teils verschlechtern. Durch das Versiegeln der Oberfläche verhindert die Dampfglättung die Aufnahme von Feuchtigkeit und erhöht die Haltbarkeit des Teils.
Verdeckte Bereiche
Ein entscheidender Vorteil dieses Verfahrens ist die Fähigkeit, auch Bereiche zu glätten, die nicht sichtbar sind. Das Verfahren kann auch tiefe Vertiefungen und innere Hohlräume erreichen, die für herkömmliche Polier- und Schleifmethoden unzugänglich sind. Dadurch können Teile mit komplexer Geometrie eine hochwertige Oberflächenqualität erhalten.
Maßhaltigkeit
Die Dampfglättung erhält die Geometrie und Abmessungen des Teils, während sie die Oberflächenqualität verbessert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bearbeitungs- oder Schleifprozessen, die die Abmessungen eines Teils verändern können, ist die Dampfglättung nicht abrasiv und bewahrt die ursprüngliche Form des Werkstücks. Dies ist besonders wichtig für Teile, die hohe Präzision und enge Maßtoleranzen erfordern.
Designtipps für dampfpolierte 3D-Teile
Wenn Sie Teile entwerfen, die nach dem Druck dampfpoliert werden sollen, sollten Sie einige wichtige Richtlinien im Hinterkopf behalten. Hier sind einige Empfehlungen, um sicherzustellen, dass Ihre Teile am Ende sowohl ästhetisch ansprechend als auch perfekt verarbeitet sind:
1. Einbau von abgerundeten Kanten: Fügen Sie im CAD-Design Kehlen, Kurven, Kanten oder Linien hinzu, die zwei Flächen miteinander verbinden und abgerundete Kanten erzeugen. Dies erleichtert einen effizienten und gleichmäßigen Glättungsprozess.
2. Vermeiden von scharfen Ecken und Winkeln: Vermeiden Sie spitze Ecken und scharfe innenliegende Winkel, da sich in solchen Bereichen Lösungsmittel ansammeln können, was die Effektivität des Glättungsprozesses beeinträchtigen kann.
3. Vorbehandlung der Oberfläche: Stellen Sie sicher, dass die Oberfläche vor dem Dampfglätten durch Strahlen und Reinigungsschritte angemessen vorbehandelt wurde, damit der Dampf gleichmäßig auf den Oberflächen verteilt werden kann.
4. Gleichmäßige Wandstärke: Achten Sie darauf, dass die Wandstärke Ihrer Teile gleichmäßig ist, damit der Dampf die Komponenten gleichmäßig durchdringen kann, was eine glatte Oberflächenstruktur gewährleistet.
5. Ausreichende Masse: Gestalten Sie Ihre Teile mit ausreichend Masse, damit der Dampf ausreichend Zeit hat, um das Werkstück zu durchdringen. Zu dünnwandige Abschnitte könnten Schwierigkeiten haben, Wärme zu speichern.
6. Verwendung von Stützstrukturen: In Bereichen mit komplexen Elementen ist es ratsam, Stützstrukturen zu verwenden, um sicherzustellen, dass das Werkstück während des Glättens keine Verformungen aufweist. Dies ist besonders wichtig, um die gewünschte Form und Genauigkeit zu erhalten.
Anwendungsgebiete des Dampfglättens
Die Dampfglättung ist ein robustes Verfahren zur Oberflächenveredelung, das die Leistung und das Erscheinungsbild eines 3D-gedruckten Werkstücks erheblich verbessern kann. Hier sind einige Anwendungsbereiche, in denen dieses Verfahren eingesetzt werden kann, um überlegene Teile für Endanwendungen herzustellen:
Medizinprodukte
Kundenspezifische medizinische Geräte erfordern Präzision, Haltbarkeit und Biokompatibilität. Das Dampfglätten ermöglicht die Herstellung von glatten, porenfreien und leicht zu reinigenden medizinischen Komponenten, die angenehm zu tragen sind und gleichzeitig schweißbeständig.
Wearables
Der Markt für tragbare Technologie wächst, und er benötigt leichte, langlebige und bequeme Komponenten. Durch das Dampfglätten von 3D-gedruckten Teilen können hochwertige Ästhetik und Tragekomfort gleichermaßen gewährleistet werden. Mit angenehmen, berührungsfreundlichen Oberflächen, die leicht zu reinigen sind, sowie integrierten Funktionen können maßgeschneiderte Wearables mit dieser Oberflächenveredelung die anspruchsvollen Anforderungen dieser Branche erfüllen.
Bauteile für den Flüssigkeitstransport
Der Transport und die Handhabung von Flüssigkeiten erfordern Präzision, Auslaufsicherheit und einfache Wartung. Das Dampfglätten kann Flüssigkeitsbehälter, Reservoirs, Leitungen und Verteiler für den Flüssigkeitstransport sowie Kanäle mit glatten und versiegelten Oberflächen schaffen. Dies verhindert das Bakterienwachstum und macht sie ideal für den Hautkontakt und den Kontakt mit Lebensmitteln.
Automobil- und Maschinenbau
Das Dampfglätten ist ein ideales Veredelungsverfahren für Teile wie Ventildeckel, Ölwannen und andere Komponenten, die auslaufsicher und korrosionsbeständig sein müssen. Die glatte, taktile und langlebige Oberfläche dieser Teile kann sowohl ihre Ästhetik als auch ihre Funktionalität verbessern.
Fazit
Die Dampfglättung im 3D-Druck ist zweifellos ein effektives Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenqualität und Ästhetik von gedruckten Objekten. Allerdings sollte beachtet werden, dass die Implementierung dieses Verfahrens zusätzliche Kosten mit sich bringen kann, die in die Gesamtkalkulation eines 3D-Druckprojekts einfließen müssen.
Die zusätzlichen Kosten für die Dampfglättung hängen von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Größe des zu glättenden Objekts, die Komplexität der Geometrie, der Zeitaufwand für den Glättungsprozess und die benötigte Ausrüstung. In vielen Fällen erfordert die Dampfglättung spezielle Geräte, die den Dampf gleichmäßig auf das gedruckte Objekt verteilen können.
Die Kosten können auch von Anbieter zu Anbieter variieren, abhängig von den spezifischen Dienstleistungen, die sie im Zusammenhang mit der Dampfglättung anbieten. Einige 3D-Druckdienstleister bieten die Dampfglättung möglicherweise als zusätzliche Option zu ihren Grunddienstleistungen an, was zu separaten Gebühren führen kann.
Es ist ratsam, im Voraus mit dem 3D-Druckdienstleister zu kommunizieren und klare Informationen über die zusätzlichen Kosten für die Dampfglättung zu erhalten. Auf diese Weise können die finanziellen Aspekte in die Entscheidung einfließen, ob die Dampfglättung für ein bestimmtes Projekt wirtschaftlich sinnvoll ist. Trotz der möglichen Mehrkosten kann die verbesserte Oberflächenqualität durch die Dampfglättung in vielen Fällen den Wert des Endprodukts steigern.
