Oberflächenrauhigkeit im 3D-Druck verstehen

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 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.

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.

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-Pulver-Bett-Fusion (LPBF)
LPBFDas für den 3D-Druck von Metallen üblicherweise verwendete Metallpulver 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.

Fused Deposition Modeling (FDM)
FDM wird häufig für Prototypen und Funktionsteile verwendet, kann aber aufgrund sichtbarer Schichtlinien raue Oberflächen erzeugen, deren 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. MakerVerse bietet kostenloses Strahlen an, um die Oberflächenrauhigkeit zu reduzieren.

Selektives Laser-Sintern (SLS)
SLSdie häufig für haltbare Nylonteile verwendet werden, können aufgrund des gesinterten Pulvers eine hohe Oberflächenrauheit aufweisen, mit Ra-Werten von 10 bis 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 feinerer Körnung oder glatteren Extrusionseigenschaften ergeben in der Regel glattere Oberflächen. So führt beispielsweise PLA beim FDM-Druck aufgrund der niedrigeren Drucktemperatur und der geringeren Verformung oft zu einer glatteren Oberfläche als ABS.

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 Oberflächenqualität von 3D-gedruckten Teilen. Techniken wie Schleifen, Polieren, chemisches Glätten und Strahlen können die Oberflächenrauhigkeit erheblich reduzieren und sowohl Ra- als auch Rz-Werte verbessern.

Nachbearbeitungsoptionen

• Schleifen und Polieren: Diese mechanischen Verfahren verringern die Oberflächenrauheit, insbesondere bei FDM- und SLS-Teilen. Nach dem Schleifen wird häufig poliert, um eine hochglänzende Oberfläche zu erhalten.
• 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 der chemischen Glättung für Materialien wie ABS. Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche einem Dampf ausgesetzt, der die oberen Schichten schmilzt und glättet, was zu einer wesentlich glatteren Oberfläche führt.
• Media Blasting: Bei dieser Technik wird das Teil mit Strahlmitteln gestrahlt, um die Oberflächenstruktur zu glätten. Es ist wirksam zur Verringerung der Rauheit von SLS- und MJF-Teilen.
• Elektropolieren: Elektropolieren ist eine gängige Methode für 3D-gedruckte Metallteile, um die Oberflächenrauheit zu verringern. Dabei wird eine dünne Materialschicht entfernt, wodurch sowohl die Ra- und Rz-Werte als auch das Gesamterscheinungsbild des Teils verbessert werden.
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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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