Nachbearbeitung im 3D-Druck – wie schneiden SLS, SLA und FDM ab?

Unter den vielen Unterschieden zwischen der zur Zeit auf dem Markt trendigen 3D-Technologien gibt es einen Punkt, der alle o.g. Technologien betrifft. Es geht um die Nachbearbeitung, nachdem ein gedrucktes Teil einem beliebigen Drucker entnommen wird, da es immer etwas gibt, das in Nacharbeit bearbeitet werden muss. Schauen wir uns genauer an, welche Maßnahmen bei jeder Technologie ergriffen werden müssen und wie zeitaufwändig diese Schritte wirklich sind.

FDM

Nach dem ein Teil im FDM-Drucker gedruckt wird müssen einige Dinge beachtet werden. Zunächst sind die Stützstrukturen unbedingt zu entfernen. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten. Zu den gebräuchlichsten gehört das manuelle Entfernen: es kann mit gängigen Werkzeugen durchgeführt werden, die Sie in jeder Werkstatt finden können. Diese Arbeit kann relativ schnell erfolgt sein (abhängig davon, wie kompliziert und detailliert das Objekt ist), aber allerdings auch ungenau: es werden keine Schichtlinien und Streifen entfernt, Schönheitsfehler und Flecken können hinterbleiben, die die Gesamtgenauigkeit und das Erscheinungsbild des Drucks beeinträchtigen: wichtige Details können versehentlich entfernt werden (was ziemlich oft vorkommt, besonders bei langen und dünnen Details).

Sie können auch auflösbare Träger aus PVA (wasserlöslich), HIPS (löslich in D-Limonen) oder anderen Materialien verwenden. Diese sind jedoch mit anderen Fallstricken verbunden, da eine unsachgemäße Auflösung Ihren Druck unwiderruflich beschädigen oder Löcher hinterlassen kann, die später gefüllt werden müssen, um im wieder Vollständigkeit zu verleihen. Betont werden muss auch die Tatsache, dass es zumindest im Falle der Desktop-Drucker viel Zeit in Anspruch nimmt: der Prozess der Auflösung von PVA in Wasser oder HIPS in D-Limonen ist ziemlich mühsam. Sie benötigen auch spezielle Ausstattung wie Glasbehälter oder sogar ein Ultraschallbad.

Letzten Endes unterliegen Lösungen, die bei der Auflösung von Stützmitteln entstehen, besonderen Entsorgungsvorschriften. Sie können in der Regel nicht einfach in den Ausguss geschüttet werden. Andererseits bleiben einige Filamente (wie bspw. einfaches ABS) einfach nicht an PVA haften, was bedeutet, dass Sie es manchmal einfach nicht verwenden können.

3d printing post processing — Quelle: Mold3D Channel

Nachdem Sie die Stützstrukturen entfernt haben, müssen andere Schritte unternommen werden. Wenn der Druck Lücken aufweist, müssen diese gefüllt werden (mit Epoxidharz, Karosseriespachtel oder einer Mischung bestehend aus ABS und Aceton). In der Regel bedürfen die Oberflächen zusätzlich einer Polierung. Dies kann entweder händisch, mit rotierenden Elektrowerkzeugen bzw. unter Verwendung zusätzlicher Techniken wie Schleifen erfolgen (erzeugt wirklich glatte Oberflächen, wird jedoch nicht für Drucke mit 2 oder weniger Umfangsschalen oder solchen mit kleinen, komplizierten Details empfohlen, da, wenn sie fertig sind, zu aggressiv einwirken, was die Genauigkeit des Teils beeinträchtigen kann).

Bei Elektrowerkzeugen muss jedoch mit sehr viel Bedacht vorgegangen werden, da zu viel Reibungskraft Wärme erzeugt, die Ihren Druck buchstäblich zum Schmelzen bringen kann.

Andere Techniken, die Sie in Betracht ziehen können, sind Dampfglätten (kann Schönheitsfehler glätten und Schichtlinien verringern, dafür aber Toleranzen und Festigkeit aufgrund des „Auflösens“ der Außenhülle und der Veränderung der Materialeigenschaften negativ beeinflussen) oder Eintauchen, zum Beispiel in Aceton. Es wirkt sehr schnell ein. Die Glättung ist so stark, dass Toleranzen stark beeinträchtigt werden können.

Außerdem ist die chemische Reaktion während dieses Prozesses sehr invasiv. ABS-Drucke werden oft dabei zerstört. Ein oder zwei Tage später werden Sie mehrere kleine Risse auf ihrer Oberfläche feststellen. In vielen Fällen muss der Druck auch aus Einzelteilen zusammengeklebt oder -geschweißt werden, was meist deutlich auffällt und die optische Qualität des Modells beeinträchtigt.

After that, the only thing left is priming and painting, or coating the print in Danach muss nur noch grundiert und lackiert oder der Druck mit verschiedenen Materialien (Epoxid, Metall) beschichtet werden. Voilà, Ihr Meisterstück ist fertig.

SLA

Genau wie im Fall des FDM-Druckers müssen bei Teilen, die in einem SLA-Drucker hergestellt wurden, die Stützen entfernt werden, bevor die Arbeit in weiteren Schritten fortgesetzt werden kann. Darüber hinaus müssen die Modelle nach dem Druckvorgang in wässrigen Lösungen mit verschiedenen Arten von chemischen Zusätzen (je nach verwendetem Material) von Restharz gereinigt werden. Ferner ist es notwendig, sie durch Aushärtungsverfahren (die mit chemischen Zusätzen durchgeführt werden können) zu härten (bspw. Hitze oder Sonnen-/Ultraviolettstrahlung).

Diese Prozesse sind zeitaufwändig und erfordern Laborbedingungen. Lösungen, die bei der Auflösung von Harzen entstehen, müssen normalerweise entsorgt werden, indem sie in speziellen Behältern gelagert und an die entsprechenden Recyclingunternehmen abgegeben werden.

Die Nachbearbeitung kann manuell oder mit Elektrowerkzeugen erfolgen, es können jedoch zusätzlich (oder stattdessen) andere Methoden verwendet werden, um bessere Ergebnisse zu erzielen.

Sie können beispielsweise Schleifen oder Polieren verwenden, um eine glattere Oberfläche zu erzielen (wenn Sie dem Druck etwas zusätzliches Material hinzufügen, so in etwa 0,1 mm, kann eine gute Genauigkeit beibehalten werden). Als noch besser erweist sich das Nassschleifen. Damit lässt sich eine ziemlich perfekte Glätte erreichen (allerdings auf Kosten einer geringeren Genauigkeit auf der unterstützten Seite und möglicherweise auch einiger hellerer Stellen hier und da aufgrund der Verwendung von Wasser).

Die Veredelung kann auch mittels Mineralöl erfolgen. Das Öl ist nassem Sand ähnlich, außer dass es dem gedruckten Objekt eine weitere, ölige Schicht hinzufügt, die dabei behilflich ist, die typische Verfärbung zu verbergen. Es schmiert auch die Oberfläche und verringert die Reibung, macht zugleich aber das Lackieren nicht mehr so einfach.

Und da wir das Bemalen bereits erwähnt haben, ist es oft der nächste, logische Schritt. Das Sprühlackieren des bedruckten Teils hilft nicht nur dabei, die offensichtlichen Schichtlinien zu verbergen (insbesondere wenn es nicht geschliffen oder auf andere Weise bis zur absoluten Glätte poliert wurde), sondern schützt Ihre Arbeit auch vor zu starker UV-Einwirkung und verhindert Vergilbung und Nachhärtung.

SLS

Der Hauptunterschied der SLS-Technologie im Vergleich zu den vorgenannten besteht darin, dass das Einrichten des Druckauftrags etwas mehr Zeit in Anspruch nimmt, Sie dafür aber später mit deutlich weniger Ärger belohnt. Einer der Gründe dafür ist, dass um die Kosten- und Zeiteffizienz maximal wirtschaftlich zu halten, viele Teile auf einmal gedruckt werden müssen. Es empfiehl sich am besten, die Pulverkammer maximal zu füllen, und das muss im Voraus eingeplant werden. Die Anordnung muss ebenfalls stimmen, damit die Maßhaltigkeit nicht beeinträchtigt wird.

Die Maschine muss aufgeheizt (und danach wieder abgekühlt) werden. Das Schöne daran ist, dass ein SLS-Drucker, sobald er mit dem Drucken begonnen hat, völlig autonom ist und keinerlei Überwachung benötigt. Ein weiterer Vorteil ist, dass Sie komplexe Strukturen drucken können, ohne sie aus verschiedenen Teilen zusammensetzen zu müssen. Das erste, was Sie während der eigentlichen Nachbearbeitung eines SLS-gedruckten Objekts in Erwägung ziehen müssen, ist das Entfernen des unbenutzten/ungesinterten Pulvers, das während des Druckens als Stützstruktur gedient hat. Dies geschieht normalerweise mit Druckluft, geht aber auch händisch mithilfe von Reis- oder Kupferfaserbürsten. Die Teile kommen direkt aus dem Drucker und haben eine pudrige, körnige Oberfläche, sodass je nach Verwendungszweck möglicherweise einige Arbeiten an der Oberfläche durchgeführt werden müssen, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Sie können die Druckobjekte ebenfalls schleifen. Es muss nicht viel Spezialausrüstung sein. In den meisten Fällen reichen Schleifpapier, ein Präzisionsmesser und eine Zange völlig aus, aber wenn Sie möchten, können Sie auch einen elektrischen Schleifer verwenden. Wenn Ihr Druck nicht zu empfindlich ist und keine scharfen Kanten benötigt, können Sie eine Vibro-Politur in Erwägung ziehen, die eine hervorragende Glätte bietet und auf vielen Artikeln gleichzeitig ausgeführt werden kann. Eine weitere großartige Möglichkeit, die Arbeit an einem Druck fertigzustellen, ist das Sandstrahlen. Es wird eine homogene, gleichmäßig geschliffene und matte Oberfläche erzeugt, die das Licht gleichmäßig streut. Danach können Sie Ihre Teile färben und/oder eine andere Art von Beschichtung auftragen, um sie haltbarer oder wasserdichter zu machen. Das war’s dann schon: Ihr Druckjob ist jetzt fertig.

Welche Technologie bringt die meisten Vorteile mit sich?

Keine Frage: die SLS-Technologie gewinnt die Oberhand. Den Drucker betriebsbereit zu machen und das überschüssige Pulver danach abzustauben, nimmt bei weitem nicht so viel Zeit und Mühe in Anspruch wie das sorgfältige Entfernen von Stützstrukturen, das Füllen möglicher Lücken, das Zusammenkleben/Schweißen von Teilstücken und alle anderen Dinge, die oft nur benötigt werden um ein Teil nutzbar zu machen. Die SLS-Technik erzeugt außerdem auf Anhieb den genauesten und vollständigsten Druck, der momentan möglich ist, und unterstützt das gleichzeitige Drucken mehrerer Teile. Egal, ob Sie viele einfache Artikel oder eine kleinere Anzahl sehr aufwändiger Artikel benötigen, sind Sie bei der SLS-Technologie bestens aufgehoben.

Das Fehlen von Stützstrukturen und die Tatsache, dass die Teile nicht zusammengefügt werden müssen, nachdem sie dem Drucker entnommen wurden (das gilt zumindest bei ausreichend kleinen Drucken, da Modelle, die nicht in den Drucker passen natürlich aus kleineren Teilen zusammengesetzt werden müssen) sind hier die entscheidenden Faktoren. Alle anderen Nachbearbeitungsschritte, Arbeitsschritte wie Polieren, Lackieren (auch durch spezielle Methoden, die in diesem Artikel erwähnt werden, wie Sandstrahlen, Dampfglätten, Tauchen oder Vibropolieren), Beschichten mit verschiedenen Substanzen, all das kann unabhängig von der verwendeten Druckmethode zum Einsatz kommen, und kann daher als Feintuning gelten.

Die o.g. Arbeitsschritte können je nach Gegebenheit erforderlich sein oder auch nicht, da nicht jedes gedruckte Teil glatt, lackiert oder mit etwas beschichtet sein muss, um gleich verwendbar zu sein. Jedes einzelne muss jedoch vollständig sein und das beabsichtigte Design genau wiedergeben, was im Falle von FDM- und SLA-Druckverfahren zusätzliche Nachbearbeitungsarbeit erfordert.