Flexible Filamente für den 3D-Druck erklärt

Die Oberflächenrauheit hat einen erheblichen Einfluss auf die Funktionalität, Ästhetik und Gesamtqualität von 3D-gedruckten Teilen. Ingenieure und Designer müssen wissen, wie sie die Oberflächenrauheit im Fertigungsprozess messen, steuern und optimieren können, um die gewünschten Projektergebnisse zu erzielen.

Dieser Artikel befasst sich mit den kritischen Messgrößen für die Messung der Oberflächenrauheit - Ra und Rz -, mit den Auswirkungen verschiedener 3D-Drucktechnologien auf die Oberflächengüte, mit den Faktoren, die die Oberflächenrauheit beeinflussen, und mit der Frage, wie man sie anpassen und verbessern kann.

Was ist Oberflächenrauhigkeit im 3D-Druck?

Die Oberflächenrauhigkeit im 3D-Druck bezieht sich auf die Messung der Textur und der Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche eines 3D-gedruckten Teils.

Sie ist ein kritischer Aspekt des 3D-Drucks, da sie die Ästhetik, Funktionalität und Gesamtleistung des Teils beeinträchtigen kann. Verschiedene Faktoren, einschließlich 3D-Druck, Materialeigenschaften und Nachbearbeitungstechniken, können Oberflächenrauhigkeit verursachen.

Eine glatte Oberfläche ist für viele Anwendungen unerlässlich, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie und bei medizinischen Geräten, wo die Oberflächenqualität entscheidend ist.

Verstehen der Ra- und Rz-Werte

Ra (Rauheit Durchschnitt) und Rz (Durchschnittliche maximale Höhe) werden üblicherweise zur Quantifizierung der Oberflächenrauhigkeit verwendet.

• Ra misst die durchschnittliche Abweichung der Oberflächenunregelmäßigkeiten von der Mittellinie und vermittelt einen allgemeinen Eindruck von der Glätte der Oberfläche. Niedrigere Ra-Werte weisen auf glattere Oberflächen hin, die oft bei Anwendungen bevorzugt werden, die ästhetisch ansprechend oder passgenau sein müssen.
• Rz misst den durchschnittlichen Höhenunterschied zwischen den fünf höchsten Gipfeln und den fünf tiefsten Tälern über eine Stichprobenlänge. Während Ra die durchschnittliche Rauheit angibt, erfasst Rz die Extreme und bietet ein detaillierteres Verständnis der Oberflächentextur.

Ra und Rz sind für die Beurteilung der Qualität von 3D-gedruckten Oberflächen von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei der Auswahl der richtigen Technologie und Nachbearbeitungsmethoden zur Erreichung bestimmter Oberflächenanforderungen. Die Messung dieser Werte erfolgt in der Regel durch eine Oberflächenrauheitsprüfung, bei der ein empfindlicher Taststift zur Erfassung der Werte verwendet wird.

Messung der Oberflächenrauhigkeit

Die Messung der Oberflächenrauhigkeit ist für die Bestimmung der Qualität eines 3D-gedruckten Teils entscheidend.

Die gebräuchlichste Methode ist die Verwendung eines Profilometers, das die Abweichung der Oberfläche von ihrer idealen Ebene misst. Der Ra-Wert (durchschnittliche Rauheit) ist das am weitesten verbreitete Maß für die Oberflächenrauheit, das durch Mittelwertbildung der absoluten Werte der Oberflächenabweichungen berechnet wird.

Ein niedriger Ra-Wert weist auf eine glattere Oberfläche hin. Andere Methoden zur Messung der Oberflächenrauheit sind die Sichtprüfung, die Tastprüfung und die optische Abtastung.

Wie sich verschiedene 3D-Drucktechnologien auf die Oberflächenrauheit auswirken

Die Oberflächenrauhigkeit variiert je nach verwendeter 3D-Drucktechnologie erheblich. Jede Methode hat ihre eigenen Vorteile und Grenzen, wenn es darum geht, eine glatte Oberfläche zu erzielen.

Laser-Pulverbett-Fusion (LPBF)
LPBF, das üblicherweise für den 3D-Druck von Metallen verwendet wird, neigt dazu, Teile mit relativ rauen Oberflächen zu produzieren, da teilweise geschmolzene Pulverpartikel an der Oberfläche haften. Typische Ra-Werte liegen zwischen 5 und 15 µm, aber diese können durch Nachbearbeitungstechniken wie Bearbeitung oder Polieren reduziert werden. Bei MakerVerse werden alle LPBF-Teile mediengestrahlt, um die Oberflächenrauhigkeit zu minimieren.

PolyJet
Die PolyJet-Technologie ist dafür bekannt, dass sie einige der glattesten Oberflächen im 3D-Druck erzeugt. Bei diesem Verfahren werden Schichten aus flüssigem, durch UV-Licht gehärtetem Photopolymer auf eine Bauplatte gespritzt. Diese feine Auflösung und die glatte Schichtabscheidung führen zu hochwertigen Oberflächen, die sich ideal für Prototypen und Modelle eignen, die eine hervorragende visuelle Qualität erfordern. Das Auftragen einer dünnen Schicht schleifbaren Epoxids kann die Glätte der PolyJet-Drucke weiter verbessern und kleinere Unebenheiten ausgleichen.

Fused Deposition Modeling (FDM)
FDM wird häufig verwendet für Prototyping und funktionale Teile, kann aber aufgrund sichtbarer Schichtlinien raue Oberflächen erzeugen, wobei die Ra-Werte typischerweise zwischen 10 und 25 µm liegen. Die Rauheit hängt von der Schichthöhe, der Düsengröße und dem Material ab. Nachbearbeitungsschritte wie Schleifen, chemisches Glätten oder Beschichten sind oft erforderlich, um eine glattere Oberfläche zu erzielen. Die Beibehaltung der Maßgenauigkeit während der Nachbearbeitung kann jedoch eine Herausforderung sein, insbesondere wenn aggressive Techniken wie das chemische Glätten verwendet werden. MakerVerse bietet kostenloses Strahlen an, um die Oberflächenrauhigkeit zu reduzieren.

Selective Laser Sintering (SLS)
Das SLS-Verfahren, das häufig für haltbare Nylonteile verwendet wird, kann aufgrund des gesinterten Pulvers eine hohe Oberflächenrauheit aufweisen, mit Ra-Werten zwischen 10 und 20 µm. Ungesintertes Pulver, das während des Drucks am Teil haftet, trägt zu dieser Rauheit bei und macht eine Nachbearbeitung für Anwendungen, die eine glattere Oberfläche erfordern, notwendig. Das Oberflächenstrahlen ist bei allen Bestellungen über MakerVerse enthalten.

Multi Jet Fusion (MJF)
MJF bietet eine glattere Oberfläche als SLS, mit typischen Ra-Werten zwischen 5 und 10 µm. Die Verwendung eines Schmelzmittels und von Infrarotlampen trägt zu einer gleichmäßigeren Oberfläche bei, obwohl bei Teilen, die eine sehr glatte Oberfläche benötigen, eine gewisse Nachbearbeitung erforderlich sein kann. Das Strahlen von Medien ist bei MakerVerse kostenlos.

Stereolithographie (SLA)

SLA erzeugt hochwertige, glatte Oberflächen mit niedrigen Ra-Werten. Bei dieser Technologie härtet ein Laser Flüssigharz Schicht für Schicht aus, was zu sehr detaillierten und glatten Oberflächen führt. SLA wird häufig bei Anwendungen eingesetzt, bei denen feine Details und eine hervorragende Oberflächenqualität entscheidend sind.

Faktoren, die die Oberflächenrauhigkeit beim 3D-Druck beeinflussen

Neben der Art der Herstellung beeinflussen mehrere Faktoren die Oberflächenrauhigkeit von 3D-gedruckten Teilen:

Wahl des Materials: Die Art des beim 3D-Druck verwendeten Materials beeinflusst die Oberflächenrauhigkeit erheblich. Materialien mit feineren Körnern oder glatteren Extrusionseigenschaften erzeugen im Allgemeinen glattere Oberflächen. Zum Beispiel PLA in FDM-Druck führt aufgrund der niedrigeren Drucktemperatur und des geringeren Verzugs oft zu einer glatteren Oberfläche als ABS. Materialien mit gröberen Körnungen können eine raue Oberfläche erzeugen, die zusätzliche Nachbearbeitungsschritte erfordern kann.

Schichthöhe und Auflösung: Die Schichthöhe steht in direktem Zusammenhang mit der Oberflächenrauhigkeit. Kleinere Schichthöhen ergeben feinere Details und glattere Oberflächen, da die Stufen zwischen den Schichten weniger auffällig sind. Eine geringere Schichthöhe erhöht jedoch die Druckzeit, was ein zu berücksichtigender Kompromiss ist.

Nachbearbeitungstechniken: Die Nachbearbeitung spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Oberflächengüte von 3D-gedruckten Teilen. Techniken wie Schleifen, Polieren, chemisches Glätten und Strahlen können die Oberflächenrauhigkeit erheblich reduzieren und sowohl die Ra- als auch die Rz-Werte verbessern. Die Nachbearbeitung ist von entscheidender Bedeutung für die Beseitigung von Unebenheiten, die sich aus dem schichtweisen Aufbau des 3D-Drucks ergeben. Verschiedene Oberflächenbearbeitungsverfahren, wie Schleifen und chemisches Glätten, können das endgültige Aussehen und die Funktionalität des gedruckten Teils erheblich verbessern.

Nachbearbeitungsoptionen und Oberflächenveredelungstechniken

• Schleifen und Polieren: Diese mechanischen Methoden verringern die Oberflächenrauheit, insbesondere bei FDM- und SLS-Teilen. Der Schleifprozess beginnt in der Regel mit grobem Schleifpapier, um größere Unebenheiten zu entfernen, und geht dann zu feineren Körnungen über, um eine glattere Oberfläche zu erzielen. Auf das Schleifen folgt oft ein Polieren, um ein hochglänzendes Finish zu erzielen. Durch das Polieren kann das Teil weiter verbessert werden, so dass eine glänzende, ästhetisch ansprechende und funktionelle Oberfläche entsteht.

• Chemische Glättung: Bei diesem Verfahren wird das Teil einem Lösungsmitteldampf ausgesetzt. Es wird häufig für Polymerdrucke verwendet, insbesondere bei ABS. Die Oberfläche wird geglättet, indem die äußere Schicht des Teils teilweise aufgelöst wird, wodurch sich sowohl die Ra- als auch die Rz-Werte verringern.

• Dampfglättung ist eine spezielle Art des chemischen Glättens für Materialien wie ABS. Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche einem Dampf ausgesetzt, der die oberen Schichten schmilzt und glättet, was zu einer glatteren Oberfläche führt.

• Media Blasting: Bei dieser Technik wird das Teil mit Strahlmitteln bestrahlt, um die Oberflächenstruktur zu glätten. Es ist wirksam zur Verringerung der Rauheit bei SLS und MJF-Teile.

• Elektropolieren: Elektropolieren ist ein Standardverfahren für 3D-gedruckte Metallteile zur Verringerung der Oberflächenrauhigkeit. Dabei wird eine dünne Materialschicht entfernt, wodurch sowohl die Ra- und Rz-Werte als auch das Gesamterscheinungsbild des Teils verbessert werden.

• Lesen Sie mehr über MakerVerse's Veredelungsmöglichkeiten hier.

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Die Oberflächenrauhigkeit ist beim 3D-Druck von entscheidender Bedeutung, da sie die Funktionalität und Ästhetik des Endprodukts beeinflusst.

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