3D-Druck Postprocessing mit DyeMansion – vom pulverigen Rohteil zum funktionalen Endprodukt

Wann ist ein 3D-gedrucktes Bauteil wirklich fertig?

In dieser Folge von AdditiveTalk spricht Arthur Kopp mit Emil Wörgötter, Application Consultant bei DyeMansion, über einen häufig unterschätzten Teil der additiven Fertigung: das industrielle Postprocessing.

Denn besonders bei pulverbasierten Verfahren wie SLS und HP Multi Jet Fusion kommen Bauteile nicht einsatzbereit aus dem Drucker. Pulverreste müssen entfernt, Oberflächen homogenisiert und – abhängig von der Anwendung – geglättet, versiegelt oder eingefärbt werden. 

Arthur und Emil erklären praxisnah, wie aus einem gedruckten Rohteil ein reproduzierbares, reinigbares und hochwertiges Endprodukt entsteht.

Warum Postprocessing im industriellen 3D-Druck entscheidend ist

Ein gedrucktes Bauteil erfüllt direkt nach dem Bauprozess häufig noch nicht alle Anforderungen seiner späteren Anwendung. Pulverbasierte Bauteile besitzen zunächst eine raue und teilweise poröse Oberfläche. Anhaftendes Pulver muss entfernt werden. Sichtteile benötigen eine gleichmäßige Optik, flüssigkeitsführende Komponenten eine geschlossene Oberfläche und körpernahe Produkte eine gut zu reinigende, hochwertige Ausführung.

Es beeinflusst unter anderem:
– Oberflächenqualität und Haptik
– Reinigbarkeit und Wasseraufnahme
– Farbgebung und optische Homogenität
– Widerstandsfähigkeit gegen Kratzer und Verschmutzungen
– Dichtheit von Bauteilen und internen Kanälen
– Bruchdehnung und dynamische Belastbarkeit
– Reproduzierbarkeit in der Serienproduktion

Drei Postprocessing-Verfahren aus der industriellen Praxis

Automatisches Entpulvern und Verdichtungsstrahlen

Nach dem Druck müssen zunächst sämtliche Pulverreste von der Bauteiloberfläche entfernt werden.
Beim automatisierten Strahlen treffen definierte Strahlmedien kontrolliert auf die Bauteile. Das Pulver wird entfernt, ohne dass dabei gezielt Material vom Bauteil abgetragen wird.
Mit geeigneten Kunststoffperlen können Reinigung und mechanische Oberflächenverdichtung in einem gemeinsamen Prozess erfolgen. Die Oberfläche wird dadurch gleichmäßiger, hochwertiger und widerstandsfähiger.

Im Vergleich zum manuellen Strahlen reduziert eine automatisierte Anlage typische Risiken wie:
– ungleichmäßig bearbeitete Flächen
– Beschädigungen durch zu hohen Strahldruck
– sichtbare Strahlspuren
– abgeschattete Bereiche durch manuelle Handhabung
– eingebettete Glaspartikel bei ungeeigneten Strahlmedien

Chemisches Glätten und Versiegeln

Beim chemischen Glätten wird ein Lösemittel verdampft und kontrolliert in die Prozesskammer geleitet.
Aufgrund des Temperaturunterschieds kondensiert der Dampf auf der Bauteiloberfläche. Die obersten Polymerstrukturen werden kurzfristig beweglich und verteilen sich neu. Dadurch schließen sich Poren und Unebenheiten.
Es wird kein Material abgeschliffen oder abgetragen. Das vorhandene Material wird auf der Oberfläche umverteilt.
Das Ergebnis ist eine versiegelte und deutlich glattere Oberfläche.

Chemisches Glätten bietet insbesondere folgende Vorteile:
– reduzierte Oberflächenrauheit
– geringere Wasseraufnahme
– leichtere Reinigung
– geschlossene Poren und Mikrorisse
– verbesserte Bruchdehnung
– höhere Lebensdauer dynamisch belasteter Bauteile
– Bearbeitung schwer erreichbarer Bereiche
– Glättung interner Kanäle durch den Dampfprozess

Die Prozessintensität muss jedoch zur Anwendung passen. Eine besonders starke Glättung kann feine Schriften, scharfe Kanten oder kleine geometrische Details abrunden.

Sehr glatt ist deshalb nicht automatisch immer besser. Entscheidend ist, welche Funktion das Bauteil erfüllen muss.

Reproduzierbares Färben von Serienbauteilen

Beim industriellen Färben werden die Bauteile in einem beheizten, kontrollierten Färbeprozess behandelt. Der gelöste Farbstoff dringt dabei in die obersten Bereiche des Kunststoffs ein.
Dadurch entsteht keine reine Lackschicht auf der Oberfläche. Die Farbe ist in das Material eingebracht und deshalb deutlich widerstandsfähiger gegen Kratzer als eine oberflächliche Beschichtung.

Für reproduzierbare Ergebnisse müssen mehrere Prozessschritte aufeinander abgestimmt sein:
– Druckprozess
– Rohmaterial
– Entpulverung
– Strahlprozess
– Oberflächenzustand
– Bauteilmenge und Oberfläche pro Färbeprozess
– Farbstoffkonzentration
– Prozessparameter der Färbeanlage

Dunkle Farben wie Schwarz sind vergleichsweise robust. Helle Grau- und Pastelltöne reagieren empfindlicher auf Schwankungen, da bereits kleine Konzentrationsunterschiede sichtbar werden können.
Eine stabile Farbe beginnt deshalb nicht erst in der Färbeanlage, sondern bereits beim Druck und bei der vorherigen Oberflächenbearbeitung.

Warum Sie diese AdditiveTalk-Folge hören sollten

Diese Folge zeigt verständlich, warum Nachbearbeitung ein fester Bestandteil der industriellen additiven Fertigung ist. Arthur und Emil vergleichen reale Musterbauteile und zeigen, welche Unterschiede sich bei Optik, Haptik, Reinigbarkeit und Funktion ergeben.

In dieser Episode erfahren Sie:
– warum ein Bauteil nicht fertig aus einem Pulverbett-Drucker kommt
– wie automatisiertes Entpulvern funktioniert
– was mechanisches Verdichtungsstrahlen bewirkt
– worin sich Verdichtungsstrahlen und chemisches Glätten unterscheiden
– wie ein Lösemitteldampf Polymeroberflächen versiegelt
– welchen Einfluss die Glättung auf Bruchdehnung und Wasseraufnahme hat
– warum interne Kanäle mit einem Dampfprozess bearbeitet werden können
– welche Materialien chemisch geglättet werden können
– wie Färbeprozesse reproduzierbar werden
– warum helle Farbtöne anspruchsvoller als Schwarz sind
– wie die Oberflächenrauheit gemessen wird
– wann sich Postprocessing wirtschaftlich lohnt
– was bei Biokompatibilität und Lebensmittelkontakt beachtet werden muss

Über unseren Gast

DyeMansion

Emil Wörgötter

Emil Wörgötter ist Application Consultant bei DyeMansion und seit rund zehn Jahren im Bereich des industriellen 3D-Drucks tätig. Sein Schwerpunkt liegt auf der Anwendungsberatung und der Entwicklung geeigneter Postprocessing-Strategien für additiv gefertigte Polymerbauteile.

Dabei unterstützt er Unternehmen auf dem Weg vom pulverigen Rohteil bis zur finalen Anwendung. Im Mittelpunkt stehen unter anderem Reinigung, Oberflächenverdichtung, chemisches Glätten, Färben und die reproduzierbare Umsetzung industrieller Serienprozesse.