Gleiche Oberflächen im 3D-Druck dank chemischem Glätten

Schon im Jahr 2007 war Rapidobject als Pionier der Zeit voraus und hatte bereits damals einen Online-Shop für 3D-Druck-Teile ins Leben gerufen. Heute hat das Unternehmen weit über 20’000 Kunden aus allen bestimmenden Wirtschaftsbranchen in Deutschland, die Prototypen, Bauteile und ganze Serien bei ihm ordern. Der 3D-Druck-Dienstleister verfügt über eine eigene F&E-Abteilung. Auch beim wichtigen Thema der Oberflächenbearbeitung für Kunststoff-3D-Drucke sind die Leipziger Spezialisten.

Oberflächenbehandlung im Fokus
Florian Heutzenröder hilft gerne weiter, wenn es um komplexe technische Fragen geht. Kürzlich hat der Trainer für additive Fertigung die technische Leitung des Unternehmens übernommen. Das Thema Oberflächenbehandlung interessiert ihn schon seit langem, und das aus gutem Grund. Denn die Pulverbettverfahren SLS (Selektives Lasersintern) und MJF (Multi Jet-Fusion) erzeugen in der additiven Fertigung Rohbauteile mit raueren Oberflächen, bedingt durch das Verschmelzen von Pulvern mit einer Körnung von zirka 60 µm. «Die Nachbearbeitung und Oberflächenglättung nach dem 3D-Druck ist wichtig, denn die Strahl- und Glättprozesse reduzieren Rauheit, verbessern Reibungseigenschaften und erhöhen die Dichtheit.
Ausserdem können wir so funktionale Eigenschaften verbessern», erklärt Florian Heutzenröder die generellen Vorteile der Oberflächenbehandlung für die Oberflächengüte, Masshaltigkeit, Funktionalität und Optik.

Hohe Bandbreite an Verfahren
Entsprechend vielfältig wie die Einsatzmöglichen 3D-gedruckter Bauteile, sind die Anforderungen an die Oberflächen. Generell gilt nur eines: Prinzipiell werden Bauteile nach dem 3D-Druck durch Strahlverfahren gereinigt. Das nach dem Druckvorgang noch anhaftende und überschüssige Pulver wird durch Glasperlen entfernt, die mit Druckluft beschleunigt werden. Gleichzeitig wird die Oberfläche in diesem Prozessstadium eingeebnet und verdichtet. Danach werden bei Rapidobject verschiedene und an die individuellen Objektanforderungen ausgerichtete Oberflächenbehandlungsschritte angewendet. Dazu gehören mechanische Verfahren wie das Gleitschleifen, insbesondere für komplexe Konturen, aber auch chemische Verfahren. Die Auswahl des Verfahrens hängt von den Anforderungen an die Oberfläche und das Bauteil ab, und kann bereits in der Konstruktion mitgeplant werden, um den Aufwand zu reduzieren. «Wir setzen stets auf ein spezifisches Spektrum aus Nachbearbeitungsverfahren, damit wir individuelle Anforderungen in bester Güte erfüllen können», beschreibt Florian Heutzenröder die Anwendungsphilosophie der Leipziger.

Königsdisziplin chemisches Glätten
Für ihn gibt es eine Königsdisziplin, das so genannte chemische Glätten. Ein vergleichsweise intensives Verfahren, das ein Mehr an Technik und Erfahrung erfordert. «Genau deshalb haben wir eine eigene Maschine zur Durchführung des chemischen Glättens und erfahrene und extra auf diese Disziplin geschulte Mitarbeiter», erläutert der Technische Leiter die komplexen Anforderungen.
Die Bauteile werden dafür, ähnlich wie beim Lackieren, möglichst berührungsarm aufgehängt und dann bei Rapidobject auf eine je nach Bauteilgeometrie gewählte Temperatur gekühlt. Anschliessend werden die Bauteile in der Maschine für das chemische Glätten in einer Unterdruckkammer platziert und mit einem geeigneten Lösungsmittel bedampft. «Alle Prozessparameter wie Druck, Temperatur und Lösungsmittelmenge müssen dabei auf die Bauteilgeometrie, auf die Menge und das Material abgestimmt sein», erklärt Florian Heutzenröder.
Ähnlich wie die Verflüssigung von Luftfeuchte auf einer Getränkeflasche aus dem Kühlschrank kondensiert das Lösungsmittel in winzigen Tropfen gleichmässig auf der Oberfläche des Bauteils. Die Oberfläche wird dadurch «angelöst» und durch die Oberflächenspannung der flüssigen Polymerschicht glattgezogen, Unebenheiten werden nivelliert, raue Stellen gefüllt. Anschliessend werden die Bauteile wieder erwärmt, das Lösungsmittel verdampft, und das Polymer erstarrt wieder.
Angewendet kann werden kann chemisches Glätten bei allen mit dem Lösungsmittel kompatiblen Materialien, also allen gängigen Polyamiden, die in den Pulverbettverfahren SLS und MJF eingesetzt werden, sowie ABS und PLA, die im FDM-Verfahren gefertigt wurden.

Das Ergebnis
Und was kommt beim chemischen Glätten heraus? Prototypen, Bauteile und Objekte, die ihn immer wieder aufs Neue faszinieren, sagt Technikchef Florian Heutzenröder. Eine sehr glatte, homogene, versiegelte und oft glänzende Oberfläche, die an ein Spritzgussteil erinnere. Doch neben der Optik und Ästhetik sind für ihn noch andere Argumente ausschlaggebend.
«Durch das Verfahren und die spezielle Versiegelung der Oberfläche erreichen wir mehr Widerstandsfähigkeit und bessere mechanische Eigenschaften. Und die sind äusserst wichtig, zum Beispiel in der Medizintechnik. Dort kann das Glätten bei Prothesen und Orthesen die Oberflächenreibung reduzieren und eine hygienische Oberfläche erzielen.» Florian Heutzenröder kann noch andere Vorteile identifizieren. Unter anderem die Reduktion von Strömungswiderständen und eine verbesserte Dichtigkeit bei Kanälen, Dichtflächen und Dichtungen, die von Gasen und Flüssigkeiten durchströmt werden. Ausserdem weisen chemisch geglättete Oberflächen Wasser und Schmutz ab, die Teile sind leichter zu reinigen und zu desinfizieren.Rapidobject setzt chemisches Glätten bei funktionalen Prototypen genauso ein wie bei sichtbaren End- und Serienbauteilen, gegebenenfalls inklusive anschliessender Lackierungen und Schutzschichten.
Im letzten Jahr hat der Rapidobject am Unternehmenssitz in Leipzig eine gläserne 3D-Fabrik als Begegnungs- und Erfahrungsstätte auf 1600 m2 Fläche eröffnet. Hier informieren die 3D-Druck-Spezialisten über die neuesten Entwicklungen im 3D-Druck, es finden Schulungen statt und Teile der Produktion können live beobachtet werden.

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