Anwendungen in der Nachbearbeitung

Verbinden, versiegeln und verschönern Sie 3D-gedruckte Bauteile

Verschiedene unkomplizierte Nachbearbeitungen ermöglichen die Herstellung von Prototypen, sich die kaum von Spritzgussprodukten unterscheiden, von anspruchsvollen Werkzeugen und von individuell gefertigten, langlebigen Geräten mit schönem Design und angenehmer Haptik.

Lackieren 3D-gedruckter Modelle und Bauteile

Überblick

Für mit der FDM (Fused Deposition Modeling)-Technologie gefertigte, robuste und leistungsfähige Modelle aus thermoplastischen Kunststoffen geeignet. FDM-Bauteile können geschliffen und lackiert werden, um ansprechende funktionale Prototypen und gebrauchsfertige Bauteile zu erhalten.

Die mit der PolyJet-Technologie gedruckten 3D-Modelle verlassen den Bauraum glatt und makellos und können ohne zusätzliches Polieren lackiert werden, sodass Sie Prototypen mit der exakten Optik und Haptik des Endprodukts erhalten.

Lackieren von FDM-Bauteilen

FDM (Fused Deposition Modeling)-Bauteile werden häufig als ideal für das Prototyping, die Forschung und für unsichtbare Produktionsanwendungen betrachtet. Dabei wird in der Regel davon ausgegangen, dass FDM-Bauteile nicht in einem Maße nachbearbeitet werden können, das für Modelle erforderlich ist, die fotografiert oder als sichtbare Produktionsteile eingesetzt werden sollen. Die FDM-Technologie ist eine generative Verfahrenstechnik, bei der Kunststoffteile anhand der Daten von CAD-Dateien schichtweise gefertigt werden. FDM-Bauteile können nachbearbeitet und lackiert werden, um die ästhetischen Anforderungen nahezu aller Anwendungen zu erfüllen. Daher ist es nun möglich, die vorteilhaften Kosteneinsparungen, individuellen Gestaltungsmöglichkeiten und kurzen Lieferzeiten von FDM in einer breiten Palette neuer Anwendungen zu nutzen.

Anwendungsübersicht

Das Nachbearbeiten von FDM-Bauteilen erfordert Geduld, Erfahrung und Fachwissen. Die Bauteile sollten mit einer möglichst optimalen Oberflächenbeschaffenheit gefertigt werden, um die Nachbearbeitungsschritte gering zu halten. Dabei muss beim Entwurf des Teils berücksichtigt werden, dass innere Aussparungen schwieriger nachzubearbeiten sind. Innenflächen hingegen müssen häufig weder nachbearbeitet noch lackiert werden, da sie nicht sichtbar sind. Verwenden Sie beim Konvertieren des CAD-Modells in eine STL-Datei eine hohe Auflösung. STL-Dateien mit einer unzureichenden Auflösung weisen Flächen auf, deren Entfernung ein umfassendes Nachbearbeiten erfordert.

Fertigen Sie das Modell entweder mit festen oder hohlen Bauteilen. Richten Sie das Bauteil vertikal aus, um die sichtbaren Abstufungen zu verringern, da diese ein zusätzliches Schleifen sowie das Entfernen von Füllungen erfordern. Berücksichtigen Sie bei der Materialauswahl die Nachbearbeitung. ABS-M30 und ältere ABS-Materialien lassen sich in der Regel am einfachsten nachbearbeiten. Andere Materialien können ebenfalls lackiert werden, bringen jedoch einen etwas größeren Nachbearbeitungsaufwand mit sich.

Wenn das Bauteil über viele Details oder komplexe, gewundene Flächen verfügt, sollten Sie möglicherweise eine Düsengröße mit feinerer Auflösung verwenden. Feinere Schichten sind detaillierter und weniger porös, sodass die entsprechenden Teile besser nachbearbeitet werden können. Verarbeiten Sie die Teile mit der neuesten Version der Dateivorbereitungssoftware Stratasys Insight, und legen Sie den Stil „Visible Surfaces“ (sichtbare Flächen) auf „Enhanced“ (erweitert) fest.

Entfernen Sie Stützmaterialien entweder manuell oder mit dem WaterWorks-System zum Entfernen von Stützmaterial. Bei Verwendung von WaterWorks muss das Bauteil anschließend gespült werden, um die WaterWorks-Lösung zu entfernen. Trocknen Sie das Bauteil unter einem Lüfter.

Führen Sie eine erste chemische Glättung der Außenfläche durch. Verwenden Sie hierzu die Finishing Touch Smoothing Station, oder bringen Sie mit einem Pinsel ein Lösungsmittel (optional) auf.

Besprühen Sie das Bauteil mit einer dünnen Grundierschicht (optional), um die zu füllenden Bereiche sichtbar zu machen. Lassen Sie das Teil trocknen, tragen Sie anschließend in den entsprechenden Bereichen Füllmaterial auf, und warten Sie, bis dieses ausgehärtet ist. Schleifen Sie das Füllmaterial, und reinigen Sie das Bauteil mit Wachs und Fettentferner. Tragen Sie die erste Grundierschicht auf.

Prüfen Sie das Modell auf Mängel, und beheben Sie diese ggf. mit Füllmaterial und Schleifpapier.

Schleifen Sie das Modell nass ab, und reinigen Sie es mit Wachs und Fettentferner. Tragen Sie gegebenenfalls eine zweite Grundierschicht auf, und wiederholen Sie den Vorgang, bis die Oberflächenbeschaffenheit des Modells den Anwendungsanforderungen entspricht. Tragen Sie anschließend ein bis zwei glänzende oder matte Lack- und Klarlackschichten auf.

Praxisbeispiel

Product Development Solutions (PDS) ist eine Dienstleistungsagentur für Prototyping und Produktion, die sich auf CNC-gefräste und Urethangussteile für eine breite Palette von Branchen spezialisiert hat, darunter die Medizintechnik-, Luft- und Raumfahrt- sowie Verbrauchsgüterindustrie. PDS bietet kein Rapid Prototyping, sondern Nachbearbeitungs- und Lackierungsarbeiten für die von Kunden gefertigten Prototypen an. MR Instruments, ein Unternehmen, das HF-Spulen für MRT-Geräte herstellt, hat die von PDS angebotenen Lackierungsarbeiten für FDM-Bauteile in Anspruch genommen.

Bei den herkömmlichen Ansätzen zum Fertigen von Spulen für Magnetresonanztomographie (MRT)-Geräte kommen CNC-Verarbeitung und das RTV-Silikonkautschukgießen (Vulkanisierung bei Raumtemperatur, Room Temperature Vulcanization) zum Einsatz. Diese Ansätze können teuer sein und führen zu langen Lieferzeiten. Viele Hersteller von MRT-Geräten sind dazu übergegangen, für die Produktionsspulen FDM-Bauteile zu verwenden.

„Bislang war die Verwendung von FDM-Bauteilen hauptsächlich auf Forschungsgeräte beschränkt, da viele MRT-Hersteller davon ausgehen, dass FDM-Bauteile nicht in dem für medizinische Geräte erforderlichen Maß nachbearbeitet werden können“, so Dave Reasor, Vertriebsmanager bei PDS. „Mit unserer Erfahrung bei der Nachbearbeitung gegossener und gefräster Teile konnten wir Nachbearbeitungsmethoden entwickeln, die die ästhetischen Anforderungen der in Krankenhäusern und Kliniken eingesetzten MRT-Geräte erfüllen.“

Reasor leitet ein aktuelles Projekt für MR Instruments. Das Unternehmen hatte bislang etwa 850 USD in die Fertigung eines komplexen Spulenteils mit hohem ästhetischem Wert für Marketing- oder Produktionszwecke investiert. Die Lieferzeit betrug ungefähr sieben Tage. Nun erwirbt das Unternehmen ein von PDS nachbearbeitetes und lackiertes FDM-Bauteil eines Dienstleistungsunternehmens. Die Gesamtkosten betragen lediglich 320 USD, und die Lieferzeit wurde auf fünf Tage reduziert.

Lackieren von PolyJet-Modellen

Wenn qualitativ hochwertige Produkte erforderlich sind, die dem Endprodukt so genau und makellos wie möglich entsprechen, gibt es zur PolyJet 3D-Drucktechnologie keine Alternative. Präzise, mit einem Objet 3D-Drucker gefertigte Modelle bestehen aus Schichten, die zu dünn sind, um sie mit bloßem Auge erkennen zu können. Auf diese Weise entstehen glatte, makellose Oberflächen, die dem Endprodukt ohne weiteres entsprechen.

PolyJet-Modelle können unmittelbar nach dem Drucken lackiert oder verziert werden. Hierfür ist weder eine Vorbereitung noch ein Polieren erforderlich. Mit handelsüblichen Acrylfarben und Lacken sowie einem gewissen Geschick können Sie bei Konzeptmodellen eine originalgetreue Produktwiedergabe erzielen. Treffen Sie wichtige Entscheidungen über Endprodukte anhand präziser, eindeutiger und überzeugender Modelle, die dem Endprodukt nahe kommen.

Detailgetreue Lackierung

Bei diesem Anwendungshinweis handelt es sich um eine Anleitung, in der Benutzer von Objet 3D-Drucksystemen erfahren, wie sie die Details, Farben und kreativen Möglichkeiten der FullCure-Modelle mithilfe spezieller Lackiertechniken erweitern können.

Das Erstellen lebensechter Merkmale mit akzentuierten, präzisen Details für FullCure-Modelle erfordert grundlegende künstlerische Fertigkeiten und die entsprechenden Materialien. Um den Eindruck unterschiedlicher Materialeigenschaften entstehen zu lassen, ist eine Kombination verschiedener Lackier- und Färbetechniken erforderlich. Diese Techniken können für beliebige FullCure-Modelle oder -Baugruppen eingesetzt werden.

Die in diesem Anwendungshinweis aufgeführten Beispiele wurden für Modelle durchgeführt, die von Legacy Effects für die Halo 3-Marketingkampagne von Microsoft gefertigt wurden. Die Fotos zeigen Modelle, die mit den FullCure-Modellmaterialien gefertigt und individuell lackiert wurden, um das Aussehen schlachterprobter Rüstungen sowie wettergegerbter Kleidung aus Leder, Häuten und Pelz zur Geltung zu bringen.

Nachbearbeitungstechniken für lebensechte Merkmale

1. Reinigung

Gründliche Nachbearbeitungstechniken bilden die Grundlage effektvoller und langlebiger lackierter Modelle. (Hinweis: Aufgrund des Modelltyps und der Druckqualität war kein Schleifen erforderlich.)

  • Entfernen Sie zunächst mit der WaterJet-Station alle Stützmaterialien vom Modell.
  • Tränken Sie das Modell etwa 30 Minuten lang in einer zweiprozentigen, in Wasser aufgelösten NaOH-Lösung.
  • Spülen Sie das Modell erneut in der WaterJet-Station, um alle Rückstände zu entfernen.
  • Lassen Sie das Modell vollständig trocknen.
  • Reinigen Sie alle Flächen mit einem faserfreien Tuch und Isopropanol (>90 Prozent)

2. Grundierung

Es wird empfohlen, die Modelle zu grundieren, um die Farbstoffhaftung zu verbessern und die Oberflächentexturen zu glätten. Im vorliegenden Fall wurde als neutrale Hintergrundfarbe ein mattes Grundiermittelspray verwendet.

  • Tragen Sie mit dem Spray eine gleichmäßige Grundierschicht auf alle Oberflächen des Modells auf.
  • Lassen Sie das Grundiermittel vollständig trocknen.

Verwendetes Material: Grundiermittelspray für die Automobilindustrie

3. Farbabdeckung

Die Farbabdeckung ist eine Technik, mit der das Lackieren vereinfacht wird, indem auf große Bereiche unterschiedliche Farben aufgetragen werden, die die Grundlage für die folgenden Schichten bilden. Lackieren Sie die einfarbigen Bereiche mit einem Pinsel. Verwendete Materialien:

  • Acrylfarben
  • Acryl- und Wasserfarbenpinsel

4. Auftragen von Farben in Schichten

Durch das Lackieren der einzelnen Farbbereiche mit unterschiedlichen Tönen und Farbtypen entstehen Tiefe und Dimension. In diesem Beispiel wurde die silberne Panzerung der Handgelenke zunächst blau lackiert. Anschließend wurde mit einem Pinsel eine dünne Silberschicht aufgetragen, sodass an manchen Stellen etwas Blau durchschimmert. Anschließend wurde über das Silber mit einem trockenen Pinsel eine grobe dritte Schicht aus gebranntem Umbra aufgetragen, um den Eindruck von Schmutz und Abnutzung zu erwecken. Tragen Sie schichtweise verschiedene Farben auf, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Verwendete Materialien:

  • Acrylfarben
  • Acryl- und Wasserfarbenpinsel

5. Hervorheben von Details

Das Aussehen eines Modells kann akzentuiert werden, indem Sie Farbkontraste und Konturen hinzufügen. Bei dieser Technik müssen Schattenbereiche dunkler gestaltet und reflektierende Oberflächen hervorgehoben werden.

  • Lackieren Sie die oberen Flächen mit helleren leuchtenden Farben, und konturieren Sie Kanten mithilfe dunklerer Schattentöne.
  • Reiben Sie Farbstoffe oder vergoldete Creme auf hervorstehende Bereiche, um Reflexionen zu erzeugen.
  • Verwenden Sie zum Lackieren präziser Details stets geeignete Pinselgrößen.
Verwendete Materialien:
  • Acrylfarben/Modelldecklack
  • Gilt Cream
  • Acryl- und Wasserfarbenpinsel

6. Abnutzung und Patina

Mithilfe einiger unkonventioneller Techniken erreichen Sie ein abgenutztes und verwittertes Aussehen. In diesem Beispiel wurde das Modell mit verschiedenen Werkzeugen zerkratzt, geritzt und ausgehöhlt (wobei darauf geachtet wurde, keine entscheidenden Details zu zerstören). Eine verwitterte Wirkung kann auch erzielt werden, indem Sie das Modell mit etwas Lack besprengen oder kleine Flecke auftragen.

  • Bringen Sie zufällige Beschädigungen oder Abnutzungen an, indem Sie das Modell mit verschiedenen Werkzeugen zerkratzen.
  • Klecksen Sie Farbstoffe mit einem trockenen Pinsel auf das Modell, um verschmutzte Bereiche zu schaffen.
  • Fügen Sie kleine Flecke hinzu, indem Sie eine Zahnbürste in Pigmente tauchen und die Farbe auf das Model spritzen, indem Sie mit dem Daumen über die Borsten fahren.

Verwendete Materialien:

  • Acrylfarben
  • Küchenmesser, Gabel, Schraubenzieher
  • Zahnbürste

7. Nachbearbeitung

Es wird empfohlen, das lackierte Modell zu versiegeln, um die Lackflächen zu schützen und den gewünschten Glanz zu erzielen. In diesem Beispiel wurde der Arm mit einem durchsichtigen matten Finish eingesprüht. Ein dickeres glänzendes Finish wurde mit dem Pinsel auf die Fingernägel und blutverschmierte Bereiche der Rüstung aufgetragen.

  • Sprühen Sie das Modell mit einem Klarlackfinish ein.
  • Tragen Sie mit einem Pinsel glänzendes Finish auf die feucht wirkenden Details auf.

Verwendete Materialien:

  • Klar- oder Decklackspray
  • Pinsellack (flüssige Bodenpolitur oder Nagellack)

8. Materialliste

Lacke

  • Rust-Oleum-Autogrundiermittel
  • Goldene matte Acrylfarben
  • Liquitex Glossies-Acryldecklack
  • Citadel Foundation, Reaper Pro Paint (Acrylfarbe für Modelle)
  • Model Master-Decklack
  • Rub ‘n Buff Wax Metallic Finish (Metallhervorhebung)

Finishes

  • Krylon Acrylic Crystal Clear-Sprayfinish
  • Flüssige Bodenpolitur von Pledge (Glanz, Feuchtigkeitseffekte)

Werkzeuge

  • Acrylpinsel (breit, raue Texturen)
  • Wasserfarbenpinsel (feine Details, leichte Verwaschungen)
  • Zahnbürste (kleine Flecken, Abnutzungsdetails)
  • Buttermesser, Gabel, Schraubenzieher (Kratzer, Aushöhlungen)

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