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.

Versiegeln von FDM-Bauteilen

Überblick

FDM (Fused Deposition Modeling)-Bauteile können bei vielen Anwendungen für erhebliche Kosteneinsparungen und beschleunigte Markteinführungszeiten sorgen. Die FDM-Technologie ist eine generative Verfahrenstechnik, bei der Kunststoffteile anhand der Daten von CAD (Computer-Aided Design)-Dateien Schicht um Schicht gefertigt werden. Zudem bieten FDM-Bauteile erhebliche Leistungsverbesserungen, da beinahe alle geometrischen Einschränkungen aufgehoben werden. Die Porosität der FDM-Bauteile erwies sich jedoch beim funktionalen Prototyping und der direkten digitalen Fertigung als Hindernis, wenn eine Gas- und Flüssigkeitsabdichtung erforderlich ist. Es wurden eine Reihe unterschiedlicher Abdichtungsmethoden für FDM-Bauteile geprüft. Mittlerweile ist es möglich, die vorteilhaften Kosteneinsparungen, individuellen Gestaltungsmöglichkeiten und Lieferzeiten von FDM in einer breiten Palette neuer Anwendungen zu nutzen.

Anwendungsübersicht

Es gibt zahlreiche Versiegelungsmethoden für FDM-Bauteile, und bei der Auswahl der geeigneten Methode müssen viele Aspekte berücksichtigt werden. Um Sie bei der Auswahl zu unterstützen, hat Stratasys den Kosten- und Zeitaufwand, den Schwierigkeitsgrad, die geometrischen Einschränkungen, die maximale Teilegröße, die Viskosität, die Beibehaltung der Präzision, den maximalen Druck, die chemische Widerstandsfähigkeit und die Temperaturempfindlichkeit fünf verbreiteter Versiegelungsmethoden ausgewertet.

Smoothing Station

Bei der Finishing Touch Smoothing Station werden die Oberflächen der Teile in einer Kammer einem verdampften Glättungsmittel ausgesetzt und auf diese Weise versiegelt. Die Smoothing Station ist äußerst benutzerfreundlich und erhält die Maßgenauigkeit. Ihre Verwendung ist auf Anwendungen begrenzt, die höchstens Atmosphärendruck und Temperaturen von 100 °C aufweisen. Die Smoothing Station wird häufig für das Galvanisieren von Teilen eingesetzt, die als Muster für den Präzisionsguss oder das Herstellen funktionaler Prototypen für Geometrien verwendet werden, die Flüssigkeiten enthalten (z. B. Flaschen oder Kühlleitungen von Formen).

Epoxidbeschichtung

Hysol E-20HP ist ein Zweikomponenten-Epoxid, das in einer Mischpistole hergestellt und mit einem Pinsel kleinflächig auf das Teil aufgetragen wird. Diese Methode erfordert keine Investitionen in Ausrüstung, und das Endergebnis ist für anspruchsvolle Betriebsbedingungen ideal geeignet. Die Beschichtung ist bis zu einem Druck von bis 65 psi (448 kPa) luftdicht, kann Temperaturen standhalten, die denen von FDM-Materialien entsprechen oder diese übersteigen, und weist eine Beständigkeit gegenüber vielen chemischen Substanzen auf. Das Versiegeln großer oder komplexer Teile kann mit Epoxid ein schwieriges Unterfangen sein. Unzugängliche Details wie z. B. innere Kanäle können nicht abgedichtet werden. Die Stärke des Epoxids und das manuelle Auftragen beeinträchtigen die Maßgenauigkeit des Teils. Hysol E-20HP kann für alle derzeit verfügbaren FDM-Materialien verwendet werden.

Epoxidinfiltration

BJB-Epoxidharz (TC-1614) dringt in die Oberfläche poröser und semiporöser Teile ein. Die FDM-Bauteile werden in das Harz getaucht, wobei das Epoxid mithilfe eines Vakuums infiltriert wird. Zusätzlich zu einer Vakuumkammer ist ein Ofen erforderlich, um das Epoxid vorzuheizen und auszuhärten. Die Epoxidinfiltration ermöglicht eine luft- und wasserdichte Versiegelung bis zu einem Druck von 65 psi (448 kPa). Die mit dieser Methode versiegelten Teile halten zudem hohen Temperaturen und Chemikalien stand. Das Versiegelungsverfahren ist unkompliziert und kann in weniger als drei Stunden durchgeführt werden. Aufgrund der Epoxidkosten ist es jedoch recht teuer. Wenn das Infiltrationsverfahren sorgfältig durchgeführt wird, erfährt die Maßgenauigkeit des Teils nur geringe Änderungen. BJB TC-1614 kann für alle derzeit verfügbaren FDM-Materialien verwendet werden.

Eintauchen

Das Eintauchen der FDM-Bauteile in Lösungsmittel kann den Einsatz der Smoothing Station ersetzen, wenn diese nicht verfügbar oder das Teil zu groß für die Kammer ist. Alle Merkmale entsprechen in etwa der Smoothing Station, einzig die Maßgenauigkeit ist etwas schlechter. Das Auflösen im Lösungsmittel erfolgt schnell und aggressiv, sodass die Maßgenauigkeit nur schwer gesteuert werden kann. Wie bei der Smoothing Station sollte diese Methode auf Anwendungen mit niedrigen Temperatur- und Atmosphärendruckwerten begrenzt werden. Das Eintauchen ist für alle ABS-basierten FDM-Materialien geeignet.

Lackieren und Füllen

Wenn für FDM-Bauteile nur teilweise versiegelte Oberflächen erforderlich sind, können einige Lackschichten und etwas Kitt eine kostengünstige Alternative sein. Da es sich um einen manuellen Vorgang handelt, sind Genauigkeit und Qualität des Endprodukts vom Geschick und der Sorgfalt des Technikers abhängig. Zu den Vorteilen dieser Option zählen geringe Kosten, kurze Zykluszeiten und Benutzerfreundlichkeit. Die Nachteile bestehen darin, dass mit dieser Methode keine luftdichte Versiegelung und keine Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen oder Chemikalien erreicht wird. Mit dieser Methode kann beispielsweise die Porosität der FDM-Bauteile für das Warmformen verringert werden.

Praxisbeispiel

Das W.M. Keck Center for 3D Innovation bietet ein qualitativ hochwertiges Rapid Prototyping und Rapid Production-Dienstleistungen. Kürzlich wandte sich ein Hersteller von Ansaugkrümmern und weiterem Automobilzubehör an das Center, um sein Produktentwicklungsverfahren zu verbessern. Der Zubehörhersteller hatte eine Computersimulation des Fließverlaufs im Krümmer erstellt und wollte Prototypen verschiedener vielversprechender Entwürfe testen. Die herkömmliche Methode für die Fertigung von Ansaugkrümmerprototypen besteht in der kostenintensiven und zeitaufwändigen Verarbeitung eines Aluminiumblocks.

„Die größte Herausforderung bei dieser Anwendung war das Abdichten der Bauteiloberfläche für Funktionstests.“, so Medina. Die Techniker des Keck Centers werteten für die Versiegelung des Teils die Stratasys Finishing Touch Smoothing Station und das Zweikomponenten-Epoxid BJB TC-1614 aus. „Der Zubehörhersteller prüfte die mit beiden Methoden abgedichteten FDM-Bauteile und stellte im Rahmen von Automotoren-Funktionstests fest, dass beide gute Leistungen erbrachten“, fuhr Medina fort. „Die geringeren Kosten und Lieferzeiten der FDM-Prototypen ermöglichen es dem Zubehörhersteller, die Leistung seiner Produkte zu verbessern.“

Wie verhielt sich FDM im Vergleich zu herkömmlichen Prototypingmethoden?


Methode

Kosten

Zeit

CNC-gefrästes Aluminium

USD $30,000

6 Wochen

FDM-Formen

USD $5,740

3 Wochen

EINSPARUNGEN

USD $24,260 (81%)

3 Wochen (50 %)

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