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.

Galvanisierung mit FDM-Vorlagen

Überblick

Bei der Galvanisierung wird eine dünne Metallschicht auf der Oberfläche eines mit dem Fortus 3D-Produktionssystem im FDM-Prozess gefertigten Teils aufgetragen. Diese Metallbeschichtung kann sowohl optischen als auch funktionalen Zwecken dienen. Die Beschichtung vermittelt das Erscheinungsbild von Produktionsmetall oder verchromten Teilen und bietet eine harte, verschleißfeste Oberfläche mit Reflexionseigenschaften. Das galvanisierte Bauteil verfügt zudem über verbesserte mechanische Eigenschaften.

Dank der unkomplizierten Nachbearbeitungstechniken können die FDM-Bauteile mit beispielsweise Chrom-, Nickel-, Kupfer-, Silber- und Goldlegierungen galvanisiert werden. Durch die Kombination der Eigenschaften der Fortus-Materialien mit denen einer Metallbeschichtung, verfügt das Bauteil über eine Festigkeit, Langlebigkeit und Hitzebeständigkeit, die sich ideal für funktionale Anwendungen eignet.

Verbesserte Langlebigkeit durch Galvanisierung

Die Galvanisierung lässt das Bauteil nicht nur besser aussehen, sie sorgt zudem für eine harte langlebige Oberfläche und erhöht die Festigkeit eines FDM-Bauteils erheblich.

Durch die Galvanisierung wird die Festigkeit deutlich erhöht. Für die Tests wurden sowohl flach als auch hochkant ausgerichtete FDM-Stangen eingesetzt. Die Beschichtungsstärke wurde bei 0,127 mm und 0,254 mm getestet. Die Beschichtungsstärke reicht in der Regel von 0,0025 mm bis 0,508 mm. Die FDM-Teststangen wurden mit einer Nickel-Kupfer-Kombination beschichtet, wobei hierfür häufig auch Chrom, Messing, Palladium, Silber und Gold verwendet wird.

Die von der Aspen Research Corporation in St. Paul, Minnesota, USA durchgeführten Tests ergaben beeindruckende Verbesserungen bei der Zug- sowie der Biegefestigkeit der FDM-Teststangen. Abhängig von der Beschichtungsstärke und der Ausrichtung der Teststangen war die Zugfestigkeit 10- bis 12-mal höher als bei einer unbehandelten FDM-Teststange. Die Ergebnisse der Biegeversuche waren noch eindeutiger. Sie ergaben im Vergleich zur unbehandelten FDM-Teststange eine 21- bis 24-fache Verbesserung.

Um eine optimale Festigkeit der galvanisierten Prototypen zu erzielen, müssen die Teile wie unter Schritt 4 beschrieben abgedichtet werden. Für das Beschichtungsverfahren müssen die Prototypen zudem einer Temperatur von 37,7 °C widerstehen, die im Temperaturbereich der Fortus-Materialien liegt.

Verfahren

Die Prozessdaten, die Berechnung der Beschichtungsstärke, die Temperatur und andere Variablen sollten gemeinsam mit dem Hersteller ermittelt werden. Wählen Sie ein geeignetes Fortus-Material aus, und passen Sie das Bauteil gemäß der Herstellerdaten an.

1. Anpassen der CAD-Datei:

Versetzen Sie die Flächen im CAD-Modell so, dass die Stärke des galvanisierten Materials berücksichtigt wird. Wichtige Abmessungen wie z. B. Bohrungs- oder Nabendurchmesser sollten dem Galvaniseur mitgeteilt werden, damit diese beim Galvanisieren erhalten bleiben.

2. Fertigen des FDM-Bauteils:

Zu den getesteten Materialien gehören ABS-M30, ABS und ABSplus. Möglicherweise eignen sich auch alle anderen Fortus-Materialien für das Galvanisieren, sie wurden jedoch bis zur Veröffentlichung dieses Dokuments noch nicht getestet. *HINWEIS: Die Bauteile können entweder als feste oder hohle Teile gefertigt werden.

3. Schleifen der Oberflächen:

Schleifen Sie das Bauteil nach dem Entfernen der Stützkonstruktionen, um die Schichtlinien und abgesetzten Bereiche zu entfernen. Hierfür ist ein grobes Schleifen ausreichend. Die für das Galvanisieren erforderlichen glatten Flächen werden in den nächsten Schritten behandelt.

4. Abdichten der Oberflächen:

Das Teil muss abgedichtet werden, damit keine galvanischen Lösungen absorbiert werden. Zum Abdichten des FDM-Bauteils stehen drei Methoden zur Verfügung: Glätten der Oberfläche mit der Finishing Touch™ Smoothing Station, Eintauchen in Lösungsmittel und Lackieren. *HINWEIS: Mithilfe dieser Methoden wird zudem die Oberfläche des Bauteils geglättet.

  • Option 1: Finishing Touch Smoothing Station: Bei der ersten Technik, dem Glätten der Oberfläche des FDM-Bauteils mit der Finishing Touch Smoothing Station, wird die Oberfläche abgedichtet, indem das FDM-Bauteil 15 bis 30 Sekunden lang einem verdampften Lösungsmittel ausgesetzt wird. Das Glätten wurde für ABS, ABSplus ABS-M30 und ABSi getestet.
  • Option 2: Eintauchen in Lösungsmittel: Bei der zweiten Technik, dem Eintauchen in Lösungsmittel, wird die Oberfläche abgedichtet, indem das FDM-Bauteil ca. 15 Sekunden lang in ein chemisches Bad getaucht wird. Als Lösungsmittel wird eine Methylenchloridlösung empfohlen, die im Handel von der IPS Corporation als „Weld-on #3“ angeboten wird. Gegebenenfalls kann als Ersatz Methylethylketon (MEK) verwendet werden, das im Handel als „Weld-on #2354“ angeboten wird.
  • Option 3: Lackieren: Beim Lackieren, der dritten Technik, wird das Bauteil abgedichtet und die Schichtlinien werden ausgefüllt. Sprühen Sie das Teil mit einem schleifbaren Grundiermittel ein, und lassen Sie es trocknen. Schleifen Sie anschließend das Teil, bis die Oberfläche die gewünschte Beschaffenheit aufweist. Wiederholen Sie gegebenenfalls diesen Schritt. *HINWEIS: Vor dem Auftragen des Grundiermittels sollten Sie sich mit dem Galvaniseur absprechen. Grundiermittel können nachteilige Reaktionen auslösen und die Tanks für die galvanischen Lösungen verunreinigen. Zudem muss der Galvaniseur beim Lackieren einer FDM-Vorlage anstelle des herkömmlichen chemischen Nickelbads eine „Spray“-leitende Beschichtung auftragen. Wenn ein lackiertes Teil in das Bad gelangt, kann dieses zerstört werden. Wenn Sie sich für Option 3 entscheiden, fahren Sie mit Schritt 7 fort.

5. Trocknen des Teils:

Nach dem Abdichtungsvorgang wird im Teil Lösungsmittel eingeschlossen sein. Wenn die Galvanisierung vor dem vollständigen Verdunsten des Lösungsmittels erfolgt, bilden sich im Beschichtungsmaterial Blasen, und es blättert ab. Lassen Sie das Teil mindestens 18 Stunden lang trocknen, um sicherzustellen, dass kein Lösungsmittel zurückbleibt. Abhängig von der Teilegeometrie kann die Trocknungsdauer jedoch länger sein. Um den Prozess zu beschleunigen, kann das Teil über Nacht in einem auf eine Höchsttemperatur von 43 °C eingestellten Ofen erwärmt werden.

6. Erneutes Schleifen der Oberflächen:

Schleifen Sie jegliche verbliebenen Schichtlinien oder abgesetzten Flächen mit einem feuchten Schleifpapier (Körnung von 500 bis 1200) ab, und wiederholen Sie die Schritte 4 und 5. Wiederholen Sie die Abdicht- und Schleifschritte, bis das Teil keine Fehler mehr aufweist. Kleinere Mängel müssen von der Kupferbeschichtung durch Polieren entfernt werden, bevor die Nickelbeschichtung aufgetragen wird.

7. Galvanisieren:

Senden Sie das Teil an einen bewährten Galvanisierungsanbieter. Überprüfen Sie die Daten für die Beschichtungsstärke mit dem Anbieter.

Richtlinie für die Stärke der Kupferschicht: Schichtstärke von 0,127 bis 0,254 mm.

Richtlinie für die Stärke der Nickelschicht: Schichtstärke von 0,0254 mm.

Richtlinie für die Stärke der (optionalen) Chromschicht: Schichtstärke von 0,0254 mm.

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