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.

PPSF-Nachbearbeitungstechniken

Überblick

Bei PPSF (Polyphenylsulfon) handelt es sich um ein hochfestes sowie gegenüber Hitze und Chemikalien beständiges FDM-Material. Obwohl für anspruchsvolle Anwendungen ideal, wird das Nachbearbeiten von PPSF-Bauteilen mit Schleifpapier oder Lösungsmitteln aufgrund der Langlebigkeit sowie der Beständigkeit gegenüber Chemikalien zu einem komplizierten und zeitaufwändigen Vorgang.

Um glatte Oberflächen zu erhalten, wurden Teile in der Vergangenheit meist von Hand geschliffen oder gefräst. Durch die Abriebfestigkeit von PPSF wird das manuelle Schleifen zu einer arbeitsintensiven Aufgabe, die mehrere Stunden dauern kann. Ein Nachbearbeitungsdurchgang mit einer CNC-Fräse kann zwar die Oberflächenglättung verkürzen, er macht jedoch auch viele Vorteile des FDM-Verfahrens zunichte. Bei der Vorbereitung der Verarbeitung muss Zeit in die CAM-Programmierung und die Maschineneinrichtung investiert werden. Zudem muss der Verarbeitungsprozess von einem Bediener überwacht werden.

Wenn PPSF für die Werkzeug- oder Formfertigung verwendet wird, steht jetzt eine neue und schnellere Alternative für die Oberflächenglättung zur Verfügung: das Warmformen. Auf die Oberfläche des PPSF-Bauteils wird eine dünne Kunststoffschicht aufgetragen. Die Kunststoffschicht passt sich zwar der Form des Teils an, die Schichtlinien werden jedoch nicht auf die Außenfläche übertragen. Um die mechanischen, thermischen und chemischen Vorteile von PPSF zu erhalten, wird beim Warmformen Kunststofffolie aus PEEK-Harz verwendet. Im Vergleich zum manuellen Schleifen können mit dem PEEK-Warmformen die Lieferzeit um 75 und die Kosten um 90 Prozent gesenkt werden.

Verfahren

Das Glätten eines PPSF-Bauteils mit einer PEEK-Außenhaut ist ein relativ einfacher Prozess, der nur geringfügig vom Standardwarmformen abweicht. Die Hauptunterschiede bestehen darin, dass PEEK das warmgeformte Material ist und das FDM-Bauteil als Form für das Warmformen fungiert.

Im Folgenden werden nur die wichtigsten Prozessschritte beschrieben. Eine ausführliche und umfassende Beschreibung des Warmformens mit FDM finden Sie im Stratasys-Leitfaden „Thermoforming for Prototype and Short-Run Applications“ (Warmformen für Prototypen und Anwendungen mit kleinen Stückzahlen).

  1. Teilekonstruktion:
    Wählen Sie die gewünschte Stärke der PEEK-Folie für das Warmformen aus. Der empfohlene Stärkebereich liegt zwischen 0,08 und 0,13 mm, es kann jedoch auch Folie mit einer Stärke von bis zu 0,25 mm verwendet werden. Beachten Sie, dass für eine dickere PEEK-Folie beim Warmformen ein größerer Vakuumdruck erforderlich ist und diese schlechter in winzige Details gezogen werden kann. Passen Sie das CAD-Modell des PPSF-Bauteils entsprechend der Stärke der warmgeformten Folie an, indem Sie alle Außenflächen versetzen. Optional kann das CAD-Modell so bearbeitet werden, dass es einen 1,27 mm tiefen Ring um den Formdurchmesser umfasst. Mithilfe dieses Rings kann die PEEK-Folie mit dem Teil verbunden werden. Um das Warmformen zu vereinfachen und zu beschleunigen, ändern Sie die FDM-Parameter so, dass ein poröseres PPSF-Bauteil entsteht. Auf diese Weise kann das Vakuum in der Warmformmaschine durch das Teil ziehen, ohne dass von Hand Belüftungslöcher gebohrt werden müssen. Dies kann in Insight erfolgen, indem Sie die Luftspalte der beiden Außenflächenraster auf 0,03 mm festlegen. Ändern Sie zudem die Luftspalte des Modellkörperrasters auf 0,25 mm, damit die Luft besser durch das Teil fließen kann. Fertigen Sie anschließend ein PPSF-Bauteil mit einem Fortus-System. Bereiten Sie anschließend das Warmformen vor, indem Sie das Stützmaterial entfernen.
  2. Warmformen:
    Befestigen Sie das PPSF-Bauteil auf einer Bodenplatte, die auf eine für die Trägerplatte der Warmformmaschine passende Größe zugeschnitten wurde. Die Bodenplatte kann aus einem beliebigen festen Material bestehen, das der Hitze des Warmformprozesses standhält. Setzen Sie das PPSF-Bauteil sowie eine Folie aus PEEK-Material in die Vakuumformmaschine ein. Um sicherzustellen, dass eine feste mechanische Bindung zwischen dem PPSF-Bauteil und der PEEK-Folie entsteht, werden Materialien mit selbstklebender Rückseite empfohlen. Tests haben ergeben, dass Victrex P500S, eine APTIV PEEK-Folie mit einer selbstklebenden Rückseite aus Silikonklebstoff, für diese Anwendung geeignet ist. Erhitzen Sie die Folie auf 140 bis 160 °C, und ziehen Sie diese auf das PPSF-Bauteil, sobald sie ihren Formpunkt erreicht hat. In der Regel sollte dieser Zyklus in weniger als 20 Sekunden abgeschlossen sein. Bei längeren Zykluszeiten kristallisiert die PEEK-Folie, wodurch sie steif und undurchsichtig wird. Beobachten Sie die PEEK-Folie, um eine Kristallisierung zu vermeiden. Beim Erhitzen lockert sie sich zunächst und wird anschließend wieder straff. Sobald sich die PEEK-Folie strafft, sollten Sie schnell das Vakuum aufbauen und dieses beibehalten, bis die PEEK-Folie abgekühlt ist. Schneiden Sie die PEEK-Folie im Anschluss an den Vakuumformvorgang auf die Größe des PPSF-Bauteils zurecht. Das PPSF-/PEEK-Bauteil kann nun in Betrieb genommen werden.

Zeit- und Kostenvergleich zwischen dem manuellen Schleifen und dem PEEK-Warmformen eines FDM-Formmodells der Blasdüse eines Hinterreifens


Verfahren

Lieferzeit

Arbeitskosten

Materialkosten

Manuelles Schleifen

4 Stunden

USD $160

USD $5

PEEK-Folie

1 Stunde

USD $10

USD $6

EINSPARUNGEN

3 Stunden (75 %)

USD $149 (90%)

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