Technische Beeinflussbarkeit der Geschmacksache Kaffee - Benutzerbeiträge [de]

Projektarbeit Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba, Vincent Greinecker

2025-01-20T11:40:32Z

Luca Schmid: /* ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck */

= Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =

== Aufgabenanalyse ==
Die Aufgabe des Teams FDM 3D-Druck besteht in der Bearbeitung drei großer Themengebiete. Bei den Themengebieten Einflussfaktoren auf die Druckqualität sowie bei Nachbearbeitung/-behandlung von FDM 3D-Druck Oberflächen handelt es sich um wissenschaftliche, auf Recherche und Experiment fokussierte Aufgabenbereiche. Der Aufgabenbereich Zusammenarbeit mit Gruppe Detailentwicklung ist im Gegensatz zu den anderen Themenbereichen darauf fokussiert, in einer beratenden sowie fertigenden Kapazität für die Detailentwicklung zur Verfügung zu stehen.

=== Einflussfaktoren auf die Druckqualität (Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit) ===
Das Ziel, welches hinter den Aufgaben in diesem Themenbereich steht, liegt darin, Einflussfaktoren, welche die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit von FDM gedruckten Teilen beeinflussen, zu identifizieren, diese zu dokumentieren und Lösungen zu optimieren. Bei der Oberfläche ist zudem darauf zu achten, eine möglichst neutral aus-sehende Oberfläche zu erzeugen. Sie sollte also nicht sofort als 3D-Druck gefertigt erkennbar sein.

Die Qualität eines jeden Druckes ist stark abhängig von den in der Slicer-Software hinterlegten Druckparametern. Damit sowohl eine gute Oberflächenqualität sowie eine adäquate Maßhaltigkeit der gefertigten Teile gewährleistet werden können, müssen diese Druckparameter optimiert werden. Hierbei handelt es sich um einen iterativen Prozess, welcher spezifisch für unterschiedliche Filamente durchgeführt werden muss. Um die Auswirkungen der veränderten Parameter analysieren zu können, müssen Testdrucke durchgeführt werden und anhand des Druckergebnisses die Einstellungen weiter angepasst werden, bis ein optimales Ergebnis erzielt wird.

Neben den Druckparametern spielt auch die Art des für den Druck genutzten Materials bzw. Filaments eine Rolle. Verschiedene Materialien lassen sich unterschiedlich gut drucken und hinterlassen selbst mit optimierten Druckparametern ein starkes voneinander abweichendes optisches Ergebnis. Auch die Genauigkeit eines Druckes kann abhängig von der Wahl des Materials sein. Es soll also analysiert werden, welche Materialien besonders gut geeignet sind um maßhaltige sowie optisch ansprechende Teile zu erzeugen.

Neben den Einflussfaktoren, welche durch die Materialwahl sowie Druckereinstellungen charakterisiert werden können, lässt sich sowohl die Oberfläche als auch die Maßhaltigkeit eines Druckes durch das Nutzen unterschiedlicher Druckplatten beeinflussen. Druckplatten sind ein Bauteil eines FDM 3D-Druckers und stellen die Oberflächen dar, auf welchen ein Teil gefertigt wird. Die Aufgabe besteht darin, anhand einer Recherche ein Dokument zu erstellen, in welchem sowohl technische Details als auch praktische Anwendungen verschiedener Druckplattenoberflächen aufgeführt werden. Zudem soll der Produktionsvorgang von Druckplatten beleuchtet und erklärt werden.

Zusätzlich zu den in diesem Themenbereich bereits aufgeführten Aufgaben sind nachfolgend noch weitere optionale Aufgaben zu finden. Bei diesen steht es dem Team frei, diese zu bearbeiten.

Auf dem Markt für 3D-Drucker sind eine Vielzahl an Firmen und noch mehr Produkte vertreten. Es gilt also zu beleuchten, ob ein qualitativer Einfluss in der Wahl des Druckers besteht. Hierzu müssen Testdrucke mit den gleichen Materialien, sowie den gleichen Druckparametern auf unterschiedlichen Maschinen durchgeführt werden. Der Vergleich der Ergebnisse soll hierbei dokumentiert und analysiert werden.

Dadurch, dass die meisten Produzenten von 3D-Druckern ihre eigene Slicer-Software anbieten, sollte auch der Einfluss dieser auf die Druckqualität untersucht werden. Um den Einfluss messbar darzustellen, muss auf dem gleichen Drucker der gleiche Testdruck mit den gleichen Druckparametern durchgeführt werden. Der für den Vergleich nötige Unterschied muss darin liegen, dass zur Vorbereitung der Druckdatei unterschiedliche Slicer verwendet werden. Das Vorgehen sowie das Ergebnis sollen dokumentiert und analysiert werden.

=== Nachbearbeitung/-behandlung von FDM 3D-Druck Oberflächen ===
In diesem Themenbereich sollen Möglichkeiten der Nachbearbeitung/-behandlung von 3D gedruckten Oberflächen beleuchtet werden. Diese Möglichkeiten sollen in Bezug auf die resultierende Optik sowie die Veränderung der Abmaße untersucht werden.

Eine der verbreitetsten Nachbearbeitungsmöglichkeiten in der herkömmlichen Fertigung von Teilen liegt in der mechanischen Nachbearbeitung. In der Zerspanung sind beispielsweise die Verfahren wie Schleifen, Fräsen oder Drehen sehr verbreitet. Hier gilt es durch Recherche herauszufinden, welche Möglichkeiten sich im Bereich des 3D-Drucks bieten, diese, wenn möglich, im Praxistest zu erproben und die Ergebnisse zu bewerten. Schlussendlich soll ein Dokument erstellt werden, in welchem verschiedene mechanische Nachbearbeitungsmethoden aufgeführt werden. Die Vorgehens-weise dieser soll behandelt werden und eine Empfehlung für unterschiedliche Materialien ausgesprochen werden.

Neben der mechanischen Nachbearbeitung ist zudem die chemische in diversen Fertigungszweigen sehr verbreitet. Auch hier gilt es, die Recherche nach möglichen Ver-fahren zu betreiben, einzuschätzen, welche in der Hochschule absolvierbar sind, diese zu erproben und aus den Ergebnissen Schlüsse zu ziehen. Die Recherche, die Vorgehensweise der Erprobung sowie die Ergebnisse sollen in einem Dokument festgehalten werden.
Neben den bisher genannten Bereichen zur Nachbehandlung gibt es noch den Bereich der Beschichtungsmethoden, welche als optionale Aufgabe dem Team zur Verfügung stehen. Bei den beschichtenden Methoden handelt es sich um Disziplinen wie das Lackieren oder Verspachteln von Oberflächen. Zu Beginn soll Recherche betrieben werden, welche Beschichtungsmethoden in der 3D-Druck Branche Anwendung finden. Einige von ihnen sollen dann im Versuch erprobt werden. Die Vorgehensweise sowie das Ergebnis der Erprobungen sollen festgehalten und dokumentiert werden.

=== Zusammenarbeit mit Gruppe Detailentwicklung ===
Parallel zu den Untersuchungen der Gruppe FDM 3D-Druck werden durch die Detailentwicklung Bauteile für das Projekt zur technischen Beeinflussbarkeit der Geschmackssache Kaffee entworfen und entwickelt. Diese Teile sollen später mittels 3D-Druck gefertigt werden. Hier liegt die Aufgabe des Teams darin, für Fragen hinsichtlich Machbarkeit, Material etc. beratend zur Verfügung zu stehen. So soll sichergestellt werden, dass die durch die Detailentwicklung entworfenen Bauteile später auch gefertigt werden können. Der Schritt der Fertigung fällt auch in den Aufgabenbereich der Gruppe FDM 3D-Druck. Hierbei wird darauf zu achten sein, die notwendigen Bauteile in ausreichend hoher Qualität zu produzieren. Mögliche Lehren aus den zuvor durch-geführten Recherchen und Optimierungen sollen möglichst angewendet werden, um Bauteile mit hoher Qualität zu fertigen.

== Zielvereinbarung ==
Diese Projektarbeit hat das Ziel, die verschiedenen Einflussfaktoren auf die Druckqualität von FDM-3D-Drucken zu untersuchen und zu verbessern. Im Fokus stehen dabei sowohl die Oberflächenqualität als auch die Maßhaltigkeit der Druckteile. Zusätzlich sollen mögliche Nachbearbeitungsmethoden für die Bauteiloberfläche evaluiert werden, um die ästhetischen und funktionellen Eigenschaften der gedruckten Objekte zu optimieren. <br>
Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit ist die Analyse des Einflusses unterschiedlicher Filamentarten, wie PETG und Greentech Pro, auf die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit. Hierzu werden spezifische Testdrucke definiert, durchgeführt und anschließend vermessen sowie bewertet. Die Dokumentation der Untersuchungsergebnisse ist ein zentrales Element dieses Abschnitts.<br>
Des Weiteren wird angestrebt, die Druckparameter für die verwendeten Filamente zu optimieren. Durch systematische Testdrucke sollen optimale Druckeinstellungen ermittelt werden, wobei die Ergebnisse analysiert und schrittweise Anpassungen vorgenommen werden, bis ein zufriedenstellendes Oberflächenresultat erzielt wird. Die Optimierungsschritte sowie die erzielten Endergebnisse werden umfassend dokumentiert.<br>
Optional wird der Einfluss verschiedener Druckplattenbeschichtungen und die Wirkung texturierter Oberflächen, zum Beispiel durch Fuzzy Skin, untersucht. Ebenfalls optional könnte der Einfluss verschiedener FDM-Drucker sowie unterschiedlicher Slicersoftware auf das Druckergebnis erforscht werden.
Zusätzlich werden sowohl mechanische als auch chemische Nachbearbeitungsmöglichkeiten für die Bauteiloberfläche recherchiert, getestet und hinsichtlich ihrer Wirksamkeit bewertet. Dies umfasst Methoden wie Abschleifen, Verspachteln, Primen und Lackieren der Oberflächen. <br>
Ein kontinuierlicher Austausch mit der Gruppe Detailentwicklung ist vorgesehen, um die Druckbarkeit der Teile zu diskutieren und Druckaufträge effizient auszuführen. Durch den Abschluss dieses Projekts wird ein umfassendes Verständnis für die Einflussfaktoren im FDM-3D-Druck angestrebt, während gleichzeitig die Oberflächenqualität durch geeignete Nachbearbeitungsmethoden verbessert werden soll.

== Arbeitspakete ==
=== Status ===
10 - Erfasst<br>
30 - in Bearbeitung<br>
50 - Lösung definiert<br>
70 - in Umsetzung<br>
90 - Umsetzung abgeschlossen<br>
99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)<br>
100 - Maßnahme bestätigt<br>

=== ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===

{| class="wikitable sortable"
|+
|-
! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV
|-
| 1.1 || [[Optimierung Druckparameter|Optimierung der Druckparameter für 3D-Druck Filamente]]|| || || 100 ||
|-
| 1.2 || [[Einfluss Material|Einfluss des verwendeten Materials auf die Druckqualität]]|| Maximilian Beck || || 70 ||08.01.2025
|-
| 1.3 || [[Druckplatten|Einfluss verschiedener Druckplatten auf die Druckqualität]]|| || || 100 ||
|-
| 1.4 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Maximilian Beck || || 10 ||(optional)
|-
| 1.5 || [[Texturierungsmethoden|Untersuchung von Texturierungsmethoden für verbesserte Druckoberflächen]] || || || 100 ||
|-
| 2.1.0 || [[Mechanische Nachbearbeitungsmethoden Recherche|Mechanische Nachbearbeitungsmethoden für Bauteiloberflächen Recherche]] || || || 100 ||
|-
| 2.1.1 || [[Mechanische Nachbearbeitungsmethoden|Mechanische Nachbearbeitungsmethoden für Bauteiloberflächen]] || Luca Schmid || || 100 ||
|-
| 2.2 || [[Chemische Nachbehandlung|Chemische Nachbehandlungen für Bauteiloberflächen]] || Luca Schmid || || 30 ||05.02.2025
|-
| 3 || [[Fertigung von Bauteilen|Fertigungsdokumentation von Bauteilen]] || Greinecker Vincent|| || 30 ||05.02.2025
|}

= Besprechungsprotokolle =
* [[Projektrücksprache 17.10.2024]]
* [[Projektrücksprache 29.10.2024]]
* [[Projektrücksprache 13.11.2024]]
* [[Projektrücksprache 27.11.2024]]
* [[Projektrücksprache 11.12.2024]]
* [[Projektrücksprache 08.01.2025]]
* [[Projektrücksprache 22.01.2025]]
* [[Projektrücksprache 05.02.2024]]

Mechanische Nachbearbeitungsmethoden Recherche

2025-01-20T11:37:21Z

Luca Schmid: /* Nachbearbeitungsverfahren Drehen */

= Vincent Greinecker, 08.11.2024 =
Eingangsinformationen
* Aufgabenstellung

Ausgangsinformationen
* Informationen zu den einzelnen Nachbearbeitungsmethoden
* Vorgehensweise zur Durchführung der Versuche

Eine der verbreitetsten Nachbearbeitungsmöglichkeiten in der herkömmlichen Fertigung von Teilen liegt in der mechanischen Nachbearbeitung. In der zerspanenden Fertigung sind beispielsweise Verfahren wie Schleifen, Fräsen oder Drehen sehr verbreitet.
Dieses Arbeitspaket zielt darauf ab, mögliche Methoden zu identifizieren und zu erproben und hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Optik und Maßhaltigkeit der Teile zu bewerten. Des Weiteren soll die Machbarkeit dieser Verfahren in einer Serienproduktion diskutiert werden.
Ziel ist der Gewinn eines fundierten Verständnisses, auf welche Weise sich die unterschiedlichen mechanischen Nachbearbeitungsmethoden auf die Qualität der gedruckten Teile auswirken und welche Verfahren gegenüber welchen Werkstoffen am besten geeignet sind.
Der Beginn der Bearbeitung dieser Untersuchung besteht darin, eine umfassende Recherche möglicher mechanischer Nachbearbeitungsverfahren durchzuführen. Es gilt herauszufinden, welche Methoden geeignet sein könnten und unter welchen Voraussetzungen sie zum Einsatz kommen können. Außerdem soll in diesem Arbeitspaket die Vorgehensweise für die Durchführung der Versuche festgelegt werden.

=Nachbearbeitungsverfahren Drehen (LS)=
Drehen ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit dem hauptsächlich axialsymmetrische Bauteile bearbeitet werden. Durch die Nachbearbeitung der 3D-gedruckten Bauteile mit der Drehmaschine sollen gute Oberflächenqualitäten der Bauteile erreicht werden, deren Optik nicht mehr den Bauteilen aus dem 3D-Drucker ähnelt.

Das Drehen kommt für die Nachbearbeitung durch mehrere Gründe in Frage unter anderem weil die Drehzahl und der Vorschub auf einen genauen Wert eingestellt werden können, was zu einer Standardisierung der Bearbeitung führt. Durch die stabile und definierte Aufspannung im Backenfutter wird eine sichere Fixierung des Werkstücks gewährleistet und bei langen Werkstücken ist es zur zusätzlichen Stabilisierung möglich eine Lünette zu verwenden. Weiterhin führt die Stabilität der Werkzeugschneide dazu, dass Vibrationen minimiert und das Rattern verhindert wird, was die Oberflächengüte ansonsten negativ beeinflussen würde. Zudem bietet das Drehen eine hohe Wiederholgenauigkeit, was den Prozess leicht automatisierbar
macht und somit gleichbleibende Ergebnisse gewährleistet. Als letzten Punkt der für die Bearbeitung mit der Drehbank spricht ist der Vorteil der Maßhaltigkeit zu nennen, da die Materialabtragung genau einstellbar ist.

Dennoch gibt es einige Punkte, die beim Drehen beachtet werden müssen, wie zum Beispiel der Aufbau des Werkstücks. Dieser sollte nach Möglichkeit einem achsensymmetrischen Aufbau entsprechen, damit die Bauteile einfach im Dreibackenfutter gespannt und bearbeitet werden können. Es ist auch möglich Bauteile ohne Achsensymmetrie in der Drehbank zu bearbeiten, aber dies führt zu einem erheblichen Mehraufwand beim Spannen der Bauteile. Außerdem sollte das Werkstück beim Drehen eine Spannmöglichkeit, wie zum Beispiel einen Sechskant haben, was auch bei der Konstruktion der Bauteile zu beachten ist. Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt bei der Bearbeitung der 3D-gedruckten Bauteile auf der Drehbank ist die Verwendung von Werkzeugen mit sehr scharfen Schneiden. Dies begründet sich darin, dass durch scharfe Werkzeugschneiden geringe Schnitt- und Vorschubkräfte auftreten und es zu einem guten und weichen Spanfluss kommt [155]. Da Kunststoffteile bereits bei geringen Temperaturerhöhungen zu Verformung neigen, muss unbedingt auf die Temperatur während der Zerspanung geachtet werden.

==Werkstück für den Drehversuch==
Als Werkstück für den Drehversuch wurde ein Körper konstruiert. Durch den Sechskant kann das Werkstück sicher im Dreibackenfutter der Drehbank gespannt werden.

Für das Drucken der Bauteile wurden diese Parameter verwendet:
{| class="wikitable"
|+
!Material
!Layerhöhe in mm
!Anzahl vertikale Konturhüllen
!Ausrichtung auf dem Druckbett
!Düsendurchmesser in mm
|-
|Sunlu PLA
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|-
|Extrudr GreenTec Pro
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|-
|Creality Cr-Wood
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|-
|Extrudr PETG
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|}
[[Datei:Werkstück für den Drehversuch.png|mini|Versuchswerkstück Drehversuch|links]]

==verwendete Materialien/Werkzeuge/Maschinen==
Beim Drehversuch wird mit einer Wendeschneidplatte mit Eckenradius 0,1 mm gearbeitet. Dadurch soll eine sehr feine Oberflächengüte erzielt werden, was sich durch folgende Formel (1) begründet in der r den Eckenradius der Wendeschneidplatte angibt und <math>R_z</math> ein Maß für die Oberflächengüte ist. Je kleiner <math>R_z</math>, desto besser die Oberflächengüte. [155]

<math>R_z = \frac{f^2}{8 \cdot r}</math>     (1)

Um die Temperaturen während der Zerspanung gering zu halten soll außerdem ein Schmiermittel verwendet werden.

==Versuchsablauf==
Die Versuchswerkstücke werden für die Bearbeitung nacheinander in das Dreibackenfutter eingespannt und bearbeitet. Die Parameter anhand derer die Bauteile bearbeitet werden sind im folgenden in Form einer Tabelle aufgelistet. Dabei wird jedes Material mit den gleichen Fertigungsparametern bearbeitet um eine Vergleichbarkeit sicherzustellen.
{| class="wikitable"
|+
!Schnitttiefe [mm]
!Drehzahl
[1/min]
!Vorschubgeschwindigkeit
[mm/min]
|-
|0,2
|1600
|0,05
|-
|0,15
|1600
|0,05
|-
|0,1
|1600
|0,05
|-
|0,05
|1600
|0,05
|}

== Auswertung der Versuchsergebnisse ==
Nachdem die Bauteile in der Drehmaschine bearbeitet wurden, wird jedes Werkstück mit Hilfe eines vorgefertigten Auswertungsprotokoll hinsichtlich der Oberfläche und der Maßhaltigkeit bewertet.

[[Datei:Bewertungsprotokoll Drehen.png|mini|Bewertungsprotokoll Drehen|links]]

=Nachbearbeitungsverfahren Schleifen und Polieren=
Beim Schleifen werden die obersten Schichten der Bauteile mit verschiedenen Schleifstoffen abgetragen, um die charakteristische Rillenstruktur der 3D-gedruckten Oberflächen möglichst zu entfernen. Durch das anschließende Polieren wird die Oberflächenqualität weiter verbessert.

==Werkstück für den Versuch==
Als Werkstück für den Schleifversuch wird das gleiche Werkstück verwendet wie beim Drehversuch. Dies ist dadurch begründet, dass das Schleifen an der Drehbank eine gleichmäßigere Materialabtragung gewährleistet als das Schleifen per Hand. Dadurch sollen Fehler durch Wiederholungenauigkeit vermieden werden. Für das Herstellen der Druckteile werden die gleichen Parameter verwendet wie im Drehversuch.

==verwendete Materialien/Werkzeuge/Maschinen==
Im Schleifversuch wird eine Drehbank als Bearbeitungsmaschine eingesetzt. Die Materialabtragung erfolgt mit einem Schleifklotz und Schleifpapieren unterschiedlicher Körnung. Zum Polieren wird eine Polierpaste und ein Polierschwamm verwendet.

==Versuchsablauf==
Zunächst werden die verschiedenen Werkstücke, welche sich nur in ihrem Material unterscheiden, mit Schleifpapier stufenweise, von grob bis fein, angeschliffen bis die Rillen vom 3D-Druck nicht mehr sichtbar sind und im Nachgang poliert.
Die optimale Drehzahl für die Bearbeitung wird dabei während des Schleifversuchs am Anfang mit Hilfe eines Versuchsteils erprobt. Die Vorgehensweise der Bearbeitung wird dabei im Folgenden beschrieben:
{| class="wikitable"
|+
!Verfahrensschritt
!Paramter
!Beschreibung
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 80
|Schleifen bis die Rillen vom 3D-Druck nicht mehr sichtbar sind
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 120
|
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 220
|
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 600
|
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 800
|
|-
|Polieren
|
|
|}

== Auswertung der Versuchsergebnisse ==
Nachdem die Bauteile bearbeitet wurden, wird jedes Werkstück mit Hilfe eines vorgefertigten Auswertungsprotokoll hinsichtlich der Oberfläche und der Maßhaltigkeit bewertet.

[[Datei:Bewertungsprotokoll Schleifen und Polieren.png|mini|Bewertungsprotokoll Schleifen und Polieren|links]]

= Nachbearbeitungsverfahren Füllern, Schleifen, Lackieren =
Bei diesem Arbeitspaket sollen die 3D-gedruckten Oberflächen mit Hilfe von Füllern und Lackieren nachbearbeitet werden. Die typischen Rillen, die durch das Drucken entstehen, werden mit Hilfe des Füllers geschlossen und um die gewünschte Oberfläche zu erhalten anschließend noch lackiert.

== Werkstück für den Versuch ==
Als Werkstück für den Versuch wird ein sphärischer Körper benutzt. Die Vorteile dieses Volumenkörpers liegen darin, dass man nach dem Lackieren die Lichtbrechung an der Halbkugel gut beobachten kann und somit die lackierte Oberfläche gut bewerten kann.

[[Datei:Versuchswerkstück Füllern,Lackieren.png|mini|Versuchswerkstück Füllern, Schleifen, Lackieren|links]]

== verwendete Materialien/Werkzeuge ==
In diesem Versuch werden verschiedene Materialien verwendet. Zunächst kommt ein „Plastic Primer“ zum Einsatz, um eine Verbindung zwischen der Kunststoffoberfläche und der darüberliegenden Füllerschicht herzustellen. Für das Füllern wird ein „Füllerspray“ verwendet. Zwischen den einzelnen Füllerschichten und vor dem Lackieren wird die Oberfläche mit Schleifpapier der Körnungsgrößen 800 und 1000 bearbeitet. Abschließend erfolgt das Lackieren mit einem „2-Schicht-Klarlack“.

== Versuchsablauf ==
Der Versuchsablauf erfolgt in den Schritten Füllern mit Zwischenschleifen, Vorschleifen vor dem Lackieren und abschließenden Lackieren der Bauteiloberfläche.
{| class="wikitable"
|-
! Schritt!! Parameter!! Beschreibung
|-
| Füllern|| || Schichtweises Füllern der Oberfläche bis keine Rillen mehr sichtbar sind, Füllerschichten zwischenschleifen
|-
| Zwischenschleifen|| Schleifpapierkörnung: 800, 1000||
|-
| Vorschleifen|| Schleifpapierkörnung: 1000|| Vorschleifen vor dem Lackieren der Bauteile
|-
| Lackieren|| ||
|}

==Auswertung der Versuchsergebnisse ==
Nachdem die Bauteile bearbeitet wurden, wird jedes Werkstück mit Hilfe eines vorgefertigten Auswertungsprotokoll hinsichtlich der Oberfläche und der Maßhaltigkeit bewertet.
[[Datei:Bewertungsprotokoll Füllern,Schleifen,Lackieren.png|mini|Bewertungsprotokoll Füllern, Schleifen, Lackieren|links]]

Mechanische Nachbearbeitungsmethoden

2025-01-20T11:35:07Z

Luca Schmid: /* Auswertung der Drehversuche */

= Vincent Greinecker, 08.11.2024 =
Eingangsinformationen
* [[Optimierung Druckparameter|Optimierte Druckparameter]]
* [[Mechanische Nachbearbeitungsmethoden Recherche|Recherche Nachbearbeitungsmöglichkeiten]]

Ausgangsinformationen
* Materialabhängige Empfehlung mechanischer Nachbearbeitungsmethoden
* Ergebnisse der Erprobungen diverser Methoden

Eine der verbreitetsten Nachbearbeitungsmöglichkeiten in der herkömmlichen Fertigung von Teilen liegt in der mechanischen Nachbearbeitung. In der zerspanenden Fertigung sind beispielsweise Verfahren wie Schleifen, Fräsen oder Drehen sehr verbreitet.
Dieses Arbeitspaket zielt darauf ab, mögliche Methoden zu identifizieren und zu erproben und hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Optik und Maßhaltigkeit der Teile zu bewerten. Des Weiteren soll die Machbarkeit dieser Verfahren in einer Serienproduktion diskutiert werden.
Ziel ist der Gewinn eines fundierten Verständnisses, auf welche Weise sich die unterschiedlichen mechanischen Nachbearbeitungsmethoden auf die Qualität der gedruckten Teile auswirken und welche Verfahren gegenüber welchen Werkstoffen am besten geeignet sind. <br>

Anschließend an die Recherche werden die technisch möglichen Methoden im Praxistest erprobt. Ziel hierbei ist es, die ausgewählten Methoden an repräsentativen 3D-gedruckten Bauteilen unterschiedlichen Materialtyps anzuwenden. So kann die Eignung und Effektivität in Bezug auf die Verbesserung der Optik der Oberfläche bewertet werden. Weiterhin ist auch die Berücksichtigung der Maßhaltigkeit nach der Nachbearbeitung von zentralem Interesse für die Untersuchung, da mechanische Bearbeitungsverfahren die Bauteildimensionen beeinflussen.

= Auswertung der Drehversuche (LS) =
== Creality CR Wood ==
Bei der Auswertung der Drehversuche des Materials „Creality CR Wood“ konnten mehrere Auffälligkeiten festgestellt werden. Bei einem Materialabtrag von nur 0.05 mm treten die Holzfasern des Filaments deutlich hervor, was die Oberflächenqualität an diesen Stellen mindert. Die Maßhaltigkeit der Bauteile ist als sehr positiv hervorzuheben. Allerdings zeigt sich an der Stelle der Z-Naht bei allen Teilen eine Mulde, die sich durchgehend beobachten lässt. Abgesehen von dem Werkstück mit einem Materialabtrag von 0.05 mm wirken die Oberflächen der bearbeiteten Teile sowohl visuell als auch haptisch glatt und gleichmäßig.

[[Datei:Drehversuche Wood.png|mini|center]]

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Drehversuche Wood 0.05.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche Wood 0.1.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche Wood 0.2.png|mini]]
</div>

== Sunlu PLA ==
Bei der Auswertung der Drehversuche mit dem Material „Sunlu PLA“ konnten einige Auffälligkeiten festgestellt werden. Die Oberflächen aller bearbeiteten Teile wirken sowohl visuell als auch haptisch glatt. Dennoch sind bei genauer Betrachtung bei allen Teilen Unregelmäßigkeiten erkennbar. Dazu gehören durscheinender Infill, leichte Verschmierungen sowie eine sichtbare Naht. Positiv hervorzuheben ist die sehr gute Maßhaltigkeit, die durch das Drehen erreicht wird.

[[Datei:Drehversuche PLA.png|mini|center]]

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Drehversuche PLA 0.05.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche PLA 0.1.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche PLA 0.2.png|mini]]
</div>

==Greentec Pro==
Bei der Auswertung der Drehversuche mit dem Material „Greentec Pro“ konnten einige Auffälligkeiten festgestellt werden. Die Oberflächen der bearbeiteten Teile wirken sowohl visuell als auch haptisch glatt. Der Glanzgrad ist eher matt, ohne dass Kratzer oder Rillen auf der Oberfläche sichtbar sind. Farblich erscheinen die Teile nach der Bearbeitung etwas heller als im ursprünglichen Zustand. Positiv hervorzuheben ist auch hier die durch das Drehen erreichte Maßhaltigkeit.

[[Datei:Drehversuche GreentecPro.png|mini|center]]

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Drehversuche GreentecPro 0.05.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche GreentecPro 0.1.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche GreentecPro 0.2.png|mini]]
</div>

==PETG ==
Die Auswertung der Drehversuche mit dem Material „PETG“ zeigt einige Auffälligkeiten. Die Oberflächen weisen visuell unterschiedliche Glattheitsgrade auf, und der Glanzgrad tendiert eher ins Matte. Beim Teil mit einer Schnittiefe von 0,2 mm ist das Infill deutlich sichtbar, was darauf zurückzuführen ist, dass beim Bearbeiten des Rohteils viel Material abgetragen wurde und das Infill dadurch durchscheint. Dies führt auch zu einer geringeren Oberflächengüte bei diesem Teil. Positiv hervorzuheben ist jedoch die Maßhaltigkeit, die durch das Drehen erzielt wurde.

[[Datei:Drehversuche PETG.png|mini|center]]

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Drehversuche PETG 0.05.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche PETG 0.1.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche PETG 0.2.png|mini]]
</div>

=Auswertung der Schleifversuche=
== Creality CR Wood==
Die Auswertung des Schleifversuchs mit dem Filament „Creality CR Wood“ zeigt eine insgesamt uneinheitliche Oberfläche. Visuell wirkt diese an manchen Stellen rau, während andere Bereiche glatt erscheinen. Die visuell rauer erscheinenden Bereiche könnten durch Poliermittelreste verursacht sein, die sich in feinen Rillen der geschliffenen Oberfläche abgelagert haben. Diese Rückstände beeinflussen auch die Farbwahrnehmung, die an vielen Stellen als milchig trüb beschrieben werden kann. Haptisch hinterlässt das Werkstück einen überwiegend glatten Eindruck, jedoch fällt an der Z-Naht eine deutlich rauere Struktur auf.

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Schleifversuche Wood.png|mini]]
[[Datei:Schleifversuche Wood Auswertung.png|mini]]
</div>

==Sunlu PLA==
Die Beschaffenheit der Oberfläche nach dem Schleifen mit dem Filament „Sunlu PLA“ zeigt ein insgesamt uneinheitliches Ergebnis. Die Oberfläche erscheint abwechseln teils rau und dann wieder glatt. Die raueren Abschnitte könnten wieder auf Rückstände des Poliermittels zurückzuführen sein, die sich in feinen Rillen der geschliffenen Fläche abgesetzt haben. Diese Ablagerungen beeinflussen auch die optische Wahrnehmung, wodurch die Oberfläche an vielen Stellen einen milchig-trüben Eindruck vermittelt. Die Haptik des Werkstücks vermittelt einen sehr glatten Eindruck.

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Schleifversuche PLA.png|mini]]
[[Datei:Schleifversuche PLA Auswertung.png|mini]]
</div>

==Greentec Pro==
Die Oberfläche nach dem Schleifen mit dem Filament „Greentec Pro“ wirkt insgesamt uneinheitlich. Stellenweise ist sie rau, an anderen Stellen wieder glatt. Die raueren Bereiche scheinen durch Rückstände des Poliermittels verursacht zu sein, die sich in feinen Rillen der geschliffenen Fläche abgesetzt haben. Diese Ablagerungen beeinträchtigen auch die optische Erscheinung, wodurch die Oberfläche vielerorts leicht milchig und trüb wirkt. Haptisch hinterlässt das Werkstück jedoch einen sehr glatten Eindruck.

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Schleifversuche GreentecPro.png|mini]]
[[Datei:Schleifversuche GreentecPro Auswertung.png|mini]]
</div>

==PETG==
Die Oberfläche nach dem Schleifen mit dem Filament „PETG“ hinterlässt einen insgesamt schlechteren Eindruck. Visuell wirkt sie eher rau, und der Glanzgrad bleibt auf einem mäßigen Niveau. Punktuell sind Kratzer zu erkennen, und milchige Verfärbungen, welche durch Rückstände des Poliermittels verursacht sind, ebenfalls sichtbar. Das haptische Rauhigkeitsgefühl ist im Vergleich zu anderen Teilen weniger überzeugend, fällt jedoch noch in die Kategorie „glatt“.

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Schleifversuche PETG.png|mini]]
[[Datei:Schleifversuche PETG Auswertung.png|mini]]
</div>

=Auswertung der Lackierversuche=
Der Ablauf der Lackierversuche begann mit dem Schleifen eines Bauteils aus PETG auf der Drehbank, um Unrundheiten und grobe Abweichungen von der idealen Halbkurgelform zu entfernen. Anschließend wurde das Bauteil gefüllert, wobei zwischen den Schichten zwischengeschliffen wurde. Die Erwärmung erfolgte durch eine Lackierlampe mit Glühwendeln. Insgesamt wurden vier Schichten aufgetragen.

Das Ergebnis der Lackierversuche zeigte, dass die Oberfläche des Bauteils sowohl visuell als auch haptisch wellig und rau erschien. Mögliche Ursachen für diese Unregelmäßigkeiten könnten eine zu geringe Infillstärke oder eine chemische Reaktion des Füllermaterials mit dem Bauteil sein, wodurch das Bauteil etwas in sich einfällt und somit die wellenartige Struktur erzeugt. In zukünftigen Versuchen könnten diese Annahmen noch weiter ausgetestet werden.

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Lackierversuche1.png|mini]]
[[Datei:Lackierversuche2.png|mini]]
[[Datei:Lackierversuche3.png|mini]]
</div>

[[Datei:Auswertung.png|mini|center]]

Mechanische Nachbearbeitungsmethoden

2025-01-20T11:34:41Z

Luca Schmid:

= Vincent Greinecker, 08.11.2024 =
Eingangsinformationen
* [[Optimierung Druckparameter|Optimierte Druckparameter]]
* [[Mechanische Nachbearbeitungsmethoden Recherche|Recherche Nachbearbeitungsmöglichkeiten]]

Ausgangsinformationen
* Materialabhängige Empfehlung mechanischer Nachbearbeitungsmethoden
* Ergebnisse der Erprobungen diverser Methoden

Eine der verbreitetsten Nachbearbeitungsmöglichkeiten in der herkömmlichen Fertigung von Teilen liegt in der mechanischen Nachbearbeitung. In der zerspanenden Fertigung sind beispielsweise Verfahren wie Schleifen, Fräsen oder Drehen sehr verbreitet.
Dieses Arbeitspaket zielt darauf ab, mögliche Methoden zu identifizieren und zu erproben und hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Optik und Maßhaltigkeit der Teile zu bewerten. Des Weiteren soll die Machbarkeit dieser Verfahren in einer Serienproduktion diskutiert werden.
Ziel ist der Gewinn eines fundierten Verständnisses, auf welche Weise sich die unterschiedlichen mechanischen Nachbearbeitungsmethoden auf die Qualität der gedruckten Teile auswirken und welche Verfahren gegenüber welchen Werkstoffen am besten geeignet sind. <br>

Anschließend an die Recherche werden die technisch möglichen Methoden im Praxistest erprobt. Ziel hierbei ist es, die ausgewählten Methoden an repräsentativen 3D-gedruckten Bauteilen unterschiedlichen Materialtyps anzuwenden. So kann die Eignung und Effektivität in Bezug auf die Verbesserung der Optik der Oberfläche bewertet werden. Weiterhin ist auch die Berücksichtigung der Maßhaltigkeit nach der Nachbearbeitung von zentralem Interesse für die Untersuchung, da mechanische Bearbeitungsverfahren die Bauteildimensionen beeinflussen.

= Auswertung der Drehversuche =
== Creality CR Wood ==
Bei der Auswertung der Drehversuche des Materials „Creality CR Wood“ konnten mehrere Auffälligkeiten festgestellt werden. Bei einem Materialabtrag von nur 0.05 mm treten die Holzfasern des Filaments deutlich hervor, was die Oberflächenqualität an diesen Stellen mindert. Die Maßhaltigkeit der Bauteile ist als sehr positiv hervorzuheben. Allerdings zeigt sich an der Stelle der Z-Naht bei allen Teilen eine Mulde, die sich durchgehend beobachten lässt. Abgesehen von dem Werkstück mit einem Materialabtrag von 0.05 mm wirken die Oberflächen der bearbeiteten Teile sowohl visuell als auch haptisch glatt und gleichmäßig.

[[Datei:Drehversuche Wood.png|mini|center]]

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Drehversuche Wood 0.05.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche Wood 0.1.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche Wood 0.2.png|mini]]
</div>

== Sunlu PLA ==
Bei der Auswertung der Drehversuche mit dem Material „Sunlu PLA“ konnten einige Auffälligkeiten festgestellt werden. Die Oberflächen aller bearbeiteten Teile wirken sowohl visuell als auch haptisch glatt. Dennoch sind bei genauer Betrachtung bei allen Teilen Unregelmäßigkeiten erkennbar. Dazu gehören durscheinender Infill, leichte Verschmierungen sowie eine sichtbare Naht. Positiv hervorzuheben ist die sehr gute Maßhaltigkeit, die durch das Drehen erreicht wird.

[[Datei:Drehversuche PLA.png|mini|center]]

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Drehversuche PLA 0.05.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche PLA 0.1.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche PLA 0.2.png|mini]]
</div>

==Greentec Pro==
Bei der Auswertung der Drehversuche mit dem Material „Greentec Pro“ konnten einige Auffälligkeiten festgestellt werden. Die Oberflächen der bearbeiteten Teile wirken sowohl visuell als auch haptisch glatt. Der Glanzgrad ist eher matt, ohne dass Kratzer oder Rillen auf der Oberfläche sichtbar sind. Farblich erscheinen die Teile nach der Bearbeitung etwas heller als im ursprünglichen Zustand. Positiv hervorzuheben ist auch hier die durch das Drehen erreichte Maßhaltigkeit.

[[Datei:Drehversuche GreentecPro.png|mini|center]]

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Drehversuche GreentecPro 0.05.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche GreentecPro 0.1.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche GreentecPro 0.2.png|mini]]
</div>

==PETG ==
Die Auswertung der Drehversuche mit dem Material „PETG“ zeigt einige Auffälligkeiten. Die Oberflächen weisen visuell unterschiedliche Glattheitsgrade auf, und der Glanzgrad tendiert eher ins Matte. Beim Teil mit einer Schnittiefe von 0,2 mm ist das Infill deutlich sichtbar, was darauf zurückzuführen ist, dass beim Bearbeiten des Rohteils viel Material abgetragen wurde und das Infill dadurch durchscheint. Dies führt auch zu einer geringeren Oberflächengüte bei diesem Teil. Positiv hervorzuheben ist jedoch die Maßhaltigkeit, die durch das Drehen erzielt wurde.

[[Datei:Drehversuche PETG.png|mini|center]]

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Drehversuche PETG 0.05.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche PETG 0.1.png|mini]]
[[Datei:Drehversuche PETG 0.2.png|mini]]
</div>

=Auswertung der Schleifversuche=
== Creality CR Wood==
Die Auswertung des Schleifversuchs mit dem Filament „Creality CR Wood“ zeigt eine insgesamt uneinheitliche Oberfläche. Visuell wirkt diese an manchen Stellen rau, während andere Bereiche glatt erscheinen. Die visuell rauer erscheinenden Bereiche könnten durch Poliermittelreste verursacht sein, die sich in feinen Rillen der geschliffenen Oberfläche abgelagert haben. Diese Rückstände beeinflussen auch die Farbwahrnehmung, die an vielen Stellen als milchig trüb beschrieben werden kann. Haptisch hinterlässt das Werkstück einen überwiegend glatten Eindruck, jedoch fällt an der Z-Naht eine deutlich rauere Struktur auf.

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Schleifversuche Wood.png|mini]]
[[Datei:Schleifversuche Wood Auswertung.png|mini]]
</div>

==Sunlu PLA==
Die Beschaffenheit der Oberfläche nach dem Schleifen mit dem Filament „Sunlu PLA“ zeigt ein insgesamt uneinheitliches Ergebnis. Die Oberfläche erscheint abwechseln teils rau und dann wieder glatt. Die raueren Abschnitte könnten wieder auf Rückstände des Poliermittels zurückzuführen sein, die sich in feinen Rillen der geschliffenen Fläche abgesetzt haben. Diese Ablagerungen beeinflussen auch die optische Wahrnehmung, wodurch die Oberfläche an vielen Stellen einen milchig-trüben Eindruck vermittelt. Die Haptik des Werkstücks vermittelt einen sehr glatten Eindruck.

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Schleifversuche PLA.png|mini]]
[[Datei:Schleifversuche PLA Auswertung.png|mini]]
</div>

==Greentec Pro==
Die Oberfläche nach dem Schleifen mit dem Filament „Greentec Pro“ wirkt insgesamt uneinheitlich. Stellenweise ist sie rau, an anderen Stellen wieder glatt. Die raueren Bereiche scheinen durch Rückstände des Poliermittels verursacht zu sein, die sich in feinen Rillen der geschliffenen Fläche abgesetzt haben. Diese Ablagerungen beeinträchtigen auch die optische Erscheinung, wodurch die Oberfläche vielerorts leicht milchig und trüb wirkt. Haptisch hinterlässt das Werkstück jedoch einen sehr glatten Eindruck.

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Schleifversuche GreentecPro.png|mini]]
[[Datei:Schleifversuche GreentecPro Auswertung.png|mini]]
</div>

==PETG==
Die Oberfläche nach dem Schleifen mit dem Filament „PETG“ hinterlässt einen insgesamt schlechteren Eindruck. Visuell wirkt sie eher rau, und der Glanzgrad bleibt auf einem mäßigen Niveau. Punktuell sind Kratzer zu erkennen, und milchige Verfärbungen, welche durch Rückstände des Poliermittels verursacht sind, ebenfalls sichtbar. Das haptische Rauhigkeitsgefühl ist im Vergleich zu anderen Teilen weniger überzeugend, fällt jedoch noch in die Kategorie „glatt“.

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Schleifversuche PETG.png|mini]]
[[Datei:Schleifversuche PETG Auswertung.png|mini]]
</div>

=Auswertung der Lackierversuche=
Der Ablauf der Lackierversuche begann mit dem Schleifen eines Bauteils aus PETG auf der Drehbank, um Unrundheiten und grobe Abweichungen von der idealen Halbkurgelform zu entfernen. Anschließend wurde das Bauteil gefüllert, wobei zwischen den Schichten zwischengeschliffen wurde. Die Erwärmung erfolgte durch eine Lackierlampe mit Glühwendeln. Insgesamt wurden vier Schichten aufgetragen.

Das Ergebnis der Lackierversuche zeigte, dass die Oberfläche des Bauteils sowohl visuell als auch haptisch wellig und rau erschien. Mögliche Ursachen für diese Unregelmäßigkeiten könnten eine zu geringe Infillstärke oder eine chemische Reaktion des Füllermaterials mit dem Bauteil sein, wodurch das Bauteil etwas in sich einfällt und somit die wellenartige Struktur erzeugt. In zukünftigen Versuchen könnten diese Annahmen noch weiter ausgetestet werden.

<div style="display: flex; justify-content: center; gap: 10px;">
[[Datei:Lackierversuche1.png|mini]]
[[Datei:Lackierversuche2.png|mini]]
[[Datei:Lackierversuche3.png|mini]]
</div>

[[Datei:Auswertung.png|mini|center]]

Datei:Auswertung.png

2025-01-20T11:33:46Z

Luca Schmid:

Auswertung

Datei:Lackierversuche3.png

2025-01-20T11:33:16Z

Luca Schmid:

Lackierversuche3

Datei:Lackierversuche2.png

2025-01-20T11:32:57Z

Luca Schmid:

Lackierversuche2

Datei:Lackierversuche1.png

2025-01-20T11:32:40Z

Luca Schmid:

Lackierversuche1

Datei:Schleifversuche PETG Auswertung.png

2025-01-20T11:31:22Z

Luca Schmid:

Schleifversuche PETG Auswertung

Datei:Schleifversuche PETG.png

2025-01-20T11:30:58Z

Luca Schmid:

Schleifversuche PETG

Datei:Schleifversuche GreentecPro Auswertung.png

2025-01-20T11:29:53Z

Luca Schmid:

Schleifversuche GreentecPro Auswertung

Datei:Schleifversuche GreentecPro.png

2025-01-20T11:29:27Z

Luca Schmid:

Schleifversuche GreentecPro

Datei:Drehversuche PETG 0.2.png

2025-01-20T11:27:25Z

Luca Schmid:

Drehversuche PETG 0.2

Datei:Drehversuche PETG 0.1.png

2025-01-20T11:27:03Z

Luca Schmid:

Drehversuche PETG 0.1

Datei:Drehversuche PETG 0.05.png

2025-01-20T11:26:38Z

Luca Schmid:

Drehversuche PETG 0.05

Datei:Drehversuche PETG.png

2025-01-20T11:25:56Z

Luca Schmid:

Drehversuche PETG

Datei:Drehversuche GreentecPro 0.2.png

2025-01-20T11:24:55Z

Luca Schmid:

Drehversuche GreentecPro 0.2

Datei:Drehversuche GreentecPro 0.1.png

2025-01-20T11:24:31Z

Luca Schmid:

Drehversuche GreentecPro 0.1

Datei:Drehversuche GreentecPro 0.05.png

2025-01-20T11:24:09Z

Luca Schmid:

Drehversuche GreentecPro 0.05

Datei:Drehversuche GreentecPro.png

2025-01-20T11:23:18Z

Luca Schmid:

Drehversuche GreentecPro

Mechanische Nachbearbeitungsmethoden

2024-12-05T13:23:36Z

Luca Schmid:

Datei:Schleifversuche PLA Auswertung.png

2024-12-05T13:21:15Z

Luca Schmid:

Schleifversuche PLA Auswertung

Datei:Schleifversuche PLA.png

2024-12-05T13:20:38Z

Luca Schmid:

Schleifversuche PLA

Datei:Schleifversuche Wood Auswertung.png

2024-12-05T13:15:37Z

Luca Schmid:

Schleifversuche Wood Auswertung

Datei:Schleifversuche Wood.png

2024-12-05T13:15:04Z

Luca Schmid:

Schleifversuche Wood

Datei:Drehversuche PLA 0.2.png

2024-12-05T13:07:23Z

Luca Schmid:

Drehversuche PLA 0.2

Datei:Drehversuche PLA 0.1.png

2024-12-05T13:07:00Z

Luca Schmid:

Drehversuche PLA 0.1

Datei:Drehversuche PLA 0.05.png

2024-12-05T13:06:31Z

Luca Schmid:

Drehversuche PLA 0.05

Datei:Drehversuche PLA.png

2024-12-05T13:04:31Z

Luca Schmid:

Drehversuche PLA

Datei:Drehversuche Wood 0.2.png

2024-12-05T13:02:25Z

Luca Schmid:

Drehversuche Wood 0.2

Datei:Drehversuche Wood 0.1.png

2024-12-05T12:55:40Z

Luca Schmid:

Drehversuche Wood 0.1

Datei:Drehversuche Wood 0.05.png

2024-12-05T12:54:37Z

Luca Schmid:

Drehversuche Wood 0.05

Datei:Drehversuche Wood.png

2024-12-05T12:53:03Z

Luca Schmid:

Drehversuche Wood

Mechanische Nachbearbeitungsmethoden Recherche

2024-11-20T15:19:59Z

Luca Schmid:

= Vincent Greinecker, 08.11.2024 =
Eingangsinformationen
* Aufgabenstellung

Ausgangsinformationen
* Informationen zu den einzelnen Nachbearbeitungsmethoden
* Vorgehensweise zur Durchführung der Versuche

Eine der verbreitetsten Nachbearbeitungsmöglichkeiten in der herkömmlichen Fertigung von Teilen liegt in der mechanischen Nachbearbeitung. In der zerspanenden Fertigung sind beispielsweise Verfahren wie Schleifen, Fräsen oder Drehen sehr verbreitet.
Dieses Arbeitspaket zielt darauf ab, mögliche Methoden zu identifizieren und zu erproben und hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Optik und Maßhaltigkeit der Teile zu bewerten. Des Weiteren soll die Machbarkeit dieser Verfahren in einer Serienproduktion diskutiert werden.
Ziel ist der Gewinn eines fundierten Verständnisses, auf welche Weise sich die unterschiedlichen mechanischen Nachbearbeitungsmethoden auf die Qualität der gedruckten Teile auswirken und welche Verfahren gegenüber welchen Werkstoffen am besten geeignet sind.
Der Beginn der Bearbeitung dieser Untersuchung besteht darin, eine umfassende Recherche möglicher mechanischer Nachbearbeitungsverfahren durchzuführen. Es gilt herauszufinden, welche Methoden geeignet sein könnten und unter welchen Voraussetzungen sie zum Einsatz kommen können. Außerdem soll in diesem Arbeitspaket die Vorgehensweise für die Durchführung der Versuche festgelegt werden.

=Nachbearbeitungsverfahren Drehen=
Drehen ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit dem hauptsächlich axialsymmetrische Bauteile bearbeitet werden. Durch die Nachbearbeitung der 3D-gedruckten Bauteile mit der Drehmaschine sollen gute Oberflächenqualitäten der Bauteile erreicht werden, deren Optik nicht mehr den Bauteilen aus dem 3D-Drucker ähnelt.

Das Drehen kommt für die Nachbearbeitung durch mehrere Gründe in Frage unter anderem weil die Drehzahl und der Vorschub auf einen genauen Wert eingestellt werden können, was zu einer Standardisierung der Bearbeitung führt. Durch die stabile und definierte Aufspannung im Backenfutter wird eine sichere Fixierung des Werkstücks gewährleistet und bei langen Werkstücken ist es zur zusätzlichen Stabilisierung möglich eine Lünette zu verwenden. Weiterhin führt die Stabilität der Werkzeugschneide dazu, dass Vibrationen minimiert und das Rattern verhindert wird, was die Oberflächengüte ansonsten negativ beeinflussen würde. Zudem bietet das Drehen eine hohe Wiederholgenauigkeit, was den Prozess leicht automatisierbar
macht und somit gleichbleibende Ergebnisse gewährleistet. Als letzten Punkt der für die Bearbeitung mit der Drehbank spricht ist der Vorteil der Maßhaltigkeit zu nennen, da die Materialabtragung genau einstellbar ist.

Dennoch gibt es einige Punkte, die beim Drehen beachtet werden müssen, wie zum Beispiel der Aufbau des Werkstücks. Dieser sollte nach Möglichkeit einem achsensymmetrischen Aufbau entsprechen, damit die Bauteile einfach im Dreibackenfutter gespannt und bearbeitet werden können. Es ist auch möglich Bauteile ohne Achsensymmetrie in der Drehbank zu bearbeiten, aber dies führt zu einem erheblichen Mehraufwand beim Spannen der Bauteile. Außerdem sollte das Werkstück beim Drehen eine Spannmöglichkeit, wie zum Beispiel einen Sechskant haben, was auch bei der Konstruktion der Bauteile zu beachten ist. Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt bei der Bearbeitung der 3D-gedruckten Bauteile auf der Drehbank ist die Verwendung von Werkzeugen mit sehr scharfen Schneiden. Dies begründet sich darin, dass durch scharfe Werkzeugschneiden geringe Schnitt- und Vorschubkräfte auftreten und es zu einem guten und weichen Spanfluss kommt [155]. Da Kunststoffteile bereits bei geringen Temperaturerhöhungen zu Verformung neigen, muss unbedingt auf die Temperatur während der Zerspanung geachtet werden.

==Werkstück für den Drehversuch==
Als Werkstück für den Drehversuch wurde ein Körper konstruiert. Durch den Sechskant kann das Werkstück sicher im Dreibackenfutter der Drehbank gespannt werden.

Für das Drucken der Bauteile wurden diese Parameter verwendet:
{| class="wikitable"
|+
!Material
!Layerhöhe in mm
!Anzahl vertikale Konturhüllen
!Ausrichtung auf dem Druckbett
!Düsendurchmesser in mm
|-
|Sunlu PLA
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|-
|Extrudr GreenTec Pro
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|-
|Creality Cr-Wood
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|-
|Extrudr PETG
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|}
[[Datei:Werkstück für den Drehversuch.png|mini|Versuchswerkstück Drehversuch|links]]

==verwendete Materialien/Werkzeuge/Maschinen==
Beim Drehversuch wird mit einer Wendeschneidplatte mit Eckenradius 0,1 mm gearbeitet. Dadurch soll eine sehr feine Oberflächengüte erzielt werden, was sich durch folgende Formel (1) begründet in der r den Eckenradius der Wendeschneidplatte angibt und <math>R_z</math> ein Maß für die Oberflächengüte ist. Je kleiner <math>R_z</math>, desto besser die Oberflächengüte. [155]

<math>R_z = \frac{f^2}{8 \cdot r}</math>     (1)

Um die Temperaturen während der Zerspanung gering zu halten soll außerdem ein Schmiermittel verwendet werden.

==Versuchsablauf==
Die Versuchswerkstücke werden für die Bearbeitung nacheinander in das Dreibackenfutter eingespannt und bearbeitet. Die Parameter anhand derer die Bauteile bearbeitet werden sind im folgenden in Form einer Tabelle aufgelistet. Dabei wird jedes Material mit den gleichen Fertigungsparametern bearbeitet um eine Vergleichbarkeit sicherzustellen.
{| class="wikitable"
|+
!Schnitttiefe [mm]
!Drehzahl
[1/min]
!Vorschubgeschwindigkeit
[mm/min]
|-
|0,2
|1600
|0,05
|-
|0,15
|1600
|0,05
|-
|0,1
|1600
|0,05
|-
|0,05
|1600
|0,05
|}

== Auswertung der Versuchsergebnisse ==
Nachdem die Bauteile in der Drehmaschine bearbeitet wurden, wird jedes Werkstück mit Hilfe eines vorgefertigten Auswertungsprotokoll hinsichtlich der Oberfläche und der Maßhaltigkeit bewertet.

[[Datei:Bewertungsprotokoll Drehen.png|mini|Bewertungsprotokoll Drehen|links]]

=Nachbearbeitungsverfahren Schleifen und Polieren=
Beim Schleifen werden die obersten Schichten der Bauteile mit verschiedenen Schleifstoffen abgetragen, um die charakteristische Rillenstruktur der 3D-gedruckten Oberflächen möglichst zu entfernen. Durch das anschließende Polieren wird die Oberflächenqualität weiter verbessert.

==Werkstück für den Versuch==
Als Werkstück für den Schleifversuch wird das gleiche Werkstück verwendet wie beim Drehversuch. Dies ist dadurch begründet, dass das Schleifen an der Drehbank eine gleichmäßigere Materialabtragung gewährleistet als das Schleifen per Hand. Dadurch sollen Fehler durch Wiederholungenauigkeit vermieden werden. Für das Herstellen der Druckteile werden die gleichen Parameter verwendet wie im Drehversuch.

==verwendete Materialien/Werkzeuge/Maschinen==
Im Schleifversuch wird eine Drehbank als Bearbeitungsmaschine eingesetzt. Die Materialabtragung erfolgt mit einem Schleifklotz und Schleifpapieren unterschiedlicher Körnung. Zum Polieren wird eine Polierpaste und ein Polierschwamm verwendet.

==Versuchsablauf==
Zunächst werden die verschiedenen Werkstücke, welche sich nur in ihrem Material unterscheiden, mit Schleifpapier stufenweise, von grob bis fein, angeschliffen bis die Rillen vom 3D-Druck nicht mehr sichtbar sind und im Nachgang poliert.
Die optimale Drehzahl für die Bearbeitung wird dabei während des Schleifversuchs am Anfang mit Hilfe eines Versuchsteils erprobt. Die Vorgehensweise der Bearbeitung wird dabei im Folgenden beschrieben:
{| class="wikitable"
|+
!Verfahrensschritt
!Paramter
!Beschreibung
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 80
|Schleifen bis die Rillen vom 3D-Druck nicht mehr sichtbar sind
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 120
|
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 220
|
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 600
|
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 800
|
|-
|Polieren
|
|
|}

== Auswertung der Versuchsergebnisse ==
Nachdem die Bauteile bearbeitet wurden, wird jedes Werkstück mit Hilfe eines vorgefertigten Auswertungsprotokoll hinsichtlich der Oberfläche und der Maßhaltigkeit bewertet.

[[Datei:Bewertungsprotokoll Schleifen und Polieren.png|mini|Bewertungsprotokoll Schleifen und Polieren|links]]

= Nachbearbeitungsverfahren Füllern, Schleifen, Lackieren =
Bei diesem Arbeitspaket sollen die 3D-gedruckten Oberflächen mit Hilfe von Füllern und Lackieren nachbearbeitet werden. Die typischen Rillen, die durch das Drucken entstehen, werden mit Hilfe des Füllers geschlossen und um die gewünschte Oberfläche zu erhalten anschließend noch lackiert.

== Werkstück für den Versuch ==
Als Werkstück für den Versuch wird ein sphärischer Körper benutzt. Die Vorteile dieses Volumenkörpers liegen darin, dass man nach dem Lackieren die Lichtbrechung an der Halbkugel gut beobachten kann und somit die lackierte Oberfläche gut bewerten kann.

[[Datei:Versuchswerkstück Füllern,Lackieren.png|mini|Versuchswerkstück Füllern, Schleifen, Lackieren|links]]

== verwendete Materialien/Werkzeuge ==
In diesem Versuch werden verschiedene Materialien verwendet. Zunächst kommt ein „Plastic Primer“ zum Einsatz, um eine Verbindung zwischen der Kunststoffoberfläche und der darüberliegenden Füllerschicht herzustellen. Für das Füllern wird ein „Füllerspray“ verwendet. Zwischen den einzelnen Füllerschichten und vor dem Lackieren wird die Oberfläche mit Schleifpapier der Körnungsgrößen 800 und 1000 bearbeitet. Abschließend erfolgt das Lackieren mit einem „2-Schicht-Klarlack“.

== Versuchsablauf ==
Der Versuchsablauf erfolgt in den Schritten Füllern mit Zwischenschleifen, Vorschleifen vor dem Lackieren und abschließenden Lackieren der Bauteiloberfläche.
{| class="wikitable"
|-
! Schritt!! Parameter!! Beschreibung
|-
| Füllern|| || Schichtweises Füllern der Oberfläche bis keine Rillen mehr sichtbar sind, Füllerschichten zwischenschleifen
|-
| Zwischenschleifen|| Schleifpapierkörnung: 800, 1000||
|-
| Vorschleifen|| Schleifpapierkörnung: 1000|| Vorschleifen vor dem Lackieren der Bauteile
|-
| Lackieren|| ||
|}

==Auswertung der Versuchsergebnisse ==
Nachdem die Bauteile bearbeitet wurden, wird jedes Werkstück mit Hilfe eines vorgefertigten Auswertungsprotokoll hinsichtlich der Oberfläche und der Maßhaltigkeit bewertet.
[[Datei:Bewertungsprotokoll Füllern,Schleifen,Lackieren.png|mini|Bewertungsprotokoll Füllern, Schleifen, Lackieren|links]]

Datei:Bewertungsprotokoll Füllern,Schleifen,Lackieren.png

2024-11-20T15:18:55Z

Luca Schmid:

Bewertungsprotokoll Füllern,Schleifen,Lackieren

Datei:Versuchswerkstück Füllern,Lackieren.png

2024-11-20T15:10:42Z

Luca Schmid:

Versuchswerkstück Füllern,Lackieren

Mechanische Nachbearbeitungsmethoden Recherche

2024-11-17T18:46:06Z

Luca Schmid:

= Vincent Greinecker, 08.11.2024 =
Eingangsinformationen
* Aufgabenstellung

Ausgangsinformationen
* Informationen zu den einzelnen Nachbearbeitungsmethoden
* Vorgehensweise zur Durchführung der Versuche

Eine der verbreitetsten Nachbearbeitungsmöglichkeiten in der herkömmlichen Fertigung von Teilen liegt in der mechanischen Nachbearbeitung. In der zerspanenden Fertigung sind beispielsweise Verfahren wie Schleifen, Fräsen oder Drehen sehr verbreitet.
Dieses Arbeitspaket zielt darauf ab, mögliche Methoden zu identifizieren und zu erproben und hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Optik und Maßhaltigkeit der Teile zu bewerten. Des Weiteren soll die Machbarkeit dieser Verfahren in einer Serienproduktion diskutiert werden.
Ziel ist der Gewinn eines fundierten Verständnisses, auf welche Weise sich die unterschiedlichen mechanischen Nachbearbeitungsmethoden auf die Qualität der gedruckten Teile auswirken und welche Verfahren gegenüber welchen Werkstoffen am besten geeignet sind.
Der Beginn der Bearbeitung dieser Untersuchung besteht darin, eine umfassende Recherche möglicher mechanischer Nachbearbeitungsverfahren durchzuführen. Es gilt herauszufinden, welche Methoden geeignet sein könnten und unter welchen Voraussetzungen sie zum Einsatz kommen können. Außerdem soll in diesem Arbeitspaket die Vorgehensweise für die Durchführung der Versuche festgelegt werden.

=Nachbearbeitungsverfahren Drehen=
Drehen ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit dem hauptsächlich axialsymmetrische Bauteile bearbeitet werden. Durch die Nachbearbeitung der 3D-gedruckten Bauteile mit der Drehmaschine sollen gute Oberflächenqualitäten der Bauteile erreicht werden, deren Optik nicht mehr den Bauteilen aus dem 3D-Drucker ähnelt.

Das Drehen kommt für die Nachbearbeitung durch mehrere Gründe in Frage unter anderem weil die Drehzahl und der Vorschub auf einen genauen Wert eingestellt werden können, was zu einer Standardisierung der Bearbeitung führt. Durch die stabile und definierte Aufspannung im Backenfutter wird eine sichere Fixierung des Werkstücks gewährleistet und bei langen Werkstücken ist es zur zusätzlichen Stabilisierung möglich eine Lünette zu verwenden. Weiterhin führt die Stabilität der Werkzeugschneide dazu, dass Vibrationen minimiert und das Rattern verhindert wird, was die Oberflächengüte ansonsten negativ beeinflussen würde. Zudem bietet das Drehen eine hohe Wiederholgenauigkeit, was den Prozess leicht automatisierbar
macht und somit gleichbleibende Ergebnisse gewährleistet. Als letzten Punkt der für die Bearbeitung mit der Drehbank spricht ist der Vorteil der Maßhaltigkeit zu nennen, da die Materialabtragung genau einstellbar ist.

Dennoch gibt es einige Punkte, die beim Drehen beachtet werden müssen, wie zum Beispiel der Aufbau des Werkstücks. Dieser sollte nach Möglichkeit einem achsensymmetrischen Aufbau entsprechen, damit die Bauteile einfach im Dreibackenfutter gespannt und bearbeitet werden können. Es ist auch möglich Bauteile ohne Achsensymmetrie in der Drehbank zu bearbeiten, aber dies führt zu einem erheblichen Mehraufwand beim Spannen der Bauteile. Außerdem sollte das Werkstück beim Drehen eine Spannmöglichkeit, wie zum Beispiel einen Sechskant haben, was auch bei der Konstruktion der Bauteile zu beachten ist. Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt bei der Bearbeitung der 3D-gedruckten Bauteile auf der Drehbank ist die Verwendung von Werkzeugen mit sehr scharfen Schneiden. Dies begründet sich darin, dass durch scharfe Werkzeugschneiden geringe Schnitt- und Vorschubkräfte auftreten und es zu einem guten und weichen Spanfluss kommt [155]. Da Kunststoffteile bereits bei geringen Temperaturerhöhungen zu Verformung neigen, muss unbedingt auf die Temperatur während der Zerspanung geachtet werden.

==Werkstück für den Drehversuch==
Als Werkstück für den Drehversuch wurde ein Körper konstruiert. Durch den Sechskant kann das Werkstück sicher im Dreibackenfutter der Drehbank gespannt werden.

Für das Drucken der Bauteile wurden diese Parameter verwendet:
{| class="wikitable"
|+
!Material
!Layerhöhe in mm
!Anzahl vertikale Konturhüllen
!Ausrichtung auf dem Druckbett
!Düsendurchmesser in mm
|-
|Sunlu PLA
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|-
|Extrudr GreenTec Pro
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|-
|Creality Cr-Wood
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|-
|Extrudr PETG
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|}
[[Datei:Werkstück für den Drehversuch.png|mini|Versuchswerkstück Drehversuch|links]]

==verwendete Materialien/Werkzeuge/Maschinen==
Beim Drehversuch wird mit einer Wendeschneidplatte mit Eckenradius 0,1 mm gearbeitet. Dadurch soll eine sehr feine Oberflächengüte erzielt werden, was sich durch folgende Formel (1) begründet in der r den Eckenradius der Wendeschneidplatte angibt und <math>R_z</math> ein Maß für die Oberflächengüte ist. Je kleiner <math>R_z</math>, desto besser die Oberflächengüte. [155]

<math>R_z = \frac{f^2}{8 \cdot r}</math>     (1)

Um die Temperaturen während der Zerspanung gering zu halten soll außerdem ein Schmiermittel verwendet werden.

==Versuchsablauf==
Die Versuchswerkstücke werden für die Bearbeitung nacheinander in das Dreibackenfutter eingespannt und bearbeitet. Die Parameter anhand derer die Bauteile bearbeitet werden sind im folgenden in Form einer Tabelle aufgelistet. Dabei wird jedes Material mit den gleichen Fertigungsparametern bearbeitet um eine Vergleichbarkeit sicherzustellen.
{| class="wikitable"
|+
!Schnitttiefe [mm]
!Drehzahl
[1/min]
!Vorschubgeschwindigkeit
[mm/min]
|-
|0,2
|1600
|0,05
|-
|0,15
|1600
|0,05
|-
|0,1
|1600
|0,05
|-
|0,05
|1600
|0,05
|}

== Auswertung der Versuchsergebnisse ==
Nachdem die Bauteile in der Drehmaschine bearbeitet wurden, wird jedes Werkstück mit Hilfe eines vorgefertigten Auswertungsprotokoll hinsichtlich der Oberfläche und der Maßhaltigkeit bewertet.

[[Datei:Bewertungsprotokoll Drehen.png|mini|Bewertungsprotokoll Drehen|links]]

=Nachbearbeitungsverfahren Schleifen und Polieren=
Beim Schleifen werden die obersten Schichten der Bauteile mit verschiedenen Schleifstoffen abgetragen, um die charakteristische Rillenstruktur der 3D-gedruckten Oberflächen möglichst zu entfernen. Durch das anschließende Polieren wird die Oberflächenqualität weiter verbessert.

==Werkstück für den Versuch==
Als Werkstück für den Schleifversuch wird das gleiche Werkstück verwendet wie beim Drehversuch. Dies ist dadurch begründet, dass das Schleifen an der Drehbank eine gleichmäßigere Materialabtragung gewährleistet als das Schleifen per Hand. Dadurch sollen Fehler durch Wiederholungenauigkeit vermieden werden. Für das Herstellen der Druckteile werden die gleichen Parameter verwendet wie im Drehversuch.

==verwendete Materialien/Werkzeuge/Maschinen==
Im Schleifversuch wird eine Drehbank als Bearbeitungsmaschine eingesetzt. Die Materialabtragung erfolgt mit einem Schleifklotz und Schleifpapieren unterschiedlicher Körnung. Zum Polieren wird eine Polierpaste und ein Polierschwamm verwendet.

==Versuchsablauf==
Zunächst werden die verschiedenen Werkstücke, welche sich nur in ihrem Material unterscheiden, mit Schleifpapier stufenweise, von grob bis fein, angeschliffen bis die Rillen vom 3D-Druck nicht mehr sichtbar sind und im Nachgang poliert.
Die optimale Drehzahl für die Bearbeitung wird dabei während des Schleifversuchs am Anfang mit Hilfe eines Versuchsteils erprobt. Die Vorgehensweise der Bearbeitung wird dabei im Folgenden beschrieben:
{| class="wikitable"
|+
!Verfahrensschritt
!Paramter
!Beschreibung
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 80
|Schleifen bis die Rillen vom 3D-Druck nicht mehr sichtbar sind
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 120
|
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 220
|
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 600
|
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 800
|
|-
|Polieren
|
|
|}

== Auswertung der Versuchsergebnisse ==
Nachdem die Bauteile bearbeitet wurden, wird jedes Werkstück mit Hilfe eines vorgefertigten Auswertungsprotokoll hinsichtlich der Oberfläche und der Maßhaltigkeit bewertet.

[[Datei:Bewertungsprotokoll Schleifen und Polieren.png|mini|Bewertungsprotokoll Schleifen und Polieren|links]]

Mechanische Nachbearbeitungsmethoden Recherche

2024-11-17T18:43:55Z

Luca Schmid:

= Vincent Greinecker, 08.11.2024 =
Eingangsinformationen
* Aufgabenstellung

Ausgangsinformationen
* Informationen zu den einzelnen Nachbearbeitungsmethoden
* Vorgehensweise zur Durchführung der Versuche

Eine der verbreitetsten Nachbearbeitungsmöglichkeiten in der herkömmlichen Fertigung von Teilen liegt in der mechanischen Nachbearbeitung. In der zerspanenden Fertigung sind beispielsweise Verfahren wie Schleifen, Fräsen oder Drehen sehr verbreitet.
Dieses Arbeitspaket zielt darauf ab, mögliche Methoden zu identifizieren und zu erproben und hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Optik und Maßhaltigkeit der Teile zu bewerten. Des Weiteren soll die Machbarkeit dieser Verfahren in einer Serienproduktion diskutiert werden.
Ziel ist der Gewinn eines fundierten Verständnisses, auf welche Weise sich die unterschiedlichen mechanischen Nachbearbeitungsmethoden auf die Qualität der gedruckten Teile auswirken und welche Verfahren gegenüber welchen Werkstoffen am besten geeignet sind.
Der Beginn der Bearbeitung dieser Untersuchung besteht darin, eine umfassende Recherche möglicher mechanischer Nachbearbeitungsverfahren durchzuführen. Es gilt herauszufinden, welche Methoden geeignet sein könnten und unter welchen Voraussetzungen sie zum Einsatz kommen können. Außerdem soll in diesem Arbeitspaket die Vorgehensweise für die Durchführung der Versuche festgelegt werden.

=Nachbearbeitungsverfahren Drehen=
Drehen ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit dem hauptsächlich axialsymmetrische Bauteile bearbeitet werden. Durch die Nachbearbeitung der 3D-gedruckten Bauteile mit der Drehmaschine sollen gute Oberflächenqualitäten der Bauteile erreicht werden, deren Optik nicht mehr den Bauteilen aus dem 3D-Drucker ähnelt.

Das Drehen kommt für die Nachbearbeitung durch mehrere Gründe in Frage unter anderem weil die Drehzahl und der Vorschub auf einen genauen Wert eingestellt werden können, was zu einer Standardisierung der Bearbeitung führt. Durch die stabile und definierte Aufspannung im Backenfutter wird eine sichere Fixierung des Werkstücks gewährleistet und bei langen Werkstücken ist es zur zusätzlichen Stabilisierung möglich eine Lünette zu verwenden. Weiterhin führt die Stabilität der Werkzeugschneide dazu, dass Vibrationen minimiert und das Rattern verhindert wird, was die Oberflächengüte ansonsten negativ beeinflussen würde. Zudem bietet das Drehen eine hohe Wiederholgenauigkeit, was den Prozess leicht automatisierbar
macht und somit gleichbleibende Ergebnisse gewährleistet. Als letzten Punkt der für die Bearbeitung mit der Drehbank spricht ist der Vorteil der Maßhaltigkeit zu nennen, da die Materialabtragung genau einstellbar ist.

Dennoch gibt es einige Punkte, die beim Drehen beachtet werden müssen, wie zum Beispiel der Aufbau des Werkstücks. Dieser sollte nach Möglichkeit einem achsensymmetrischen Aufbau entsprechen, damit die Bauteile einfach im Dreibackenfutter gespannt und bearbeitet werden können. Es ist auch möglich Bauteile ohne Achsensymmetrie in der Drehbank zu bearbeiten, aber dies führt zu einem erheblichen Mehraufwand beim Spannen der Bauteile. Außerdem sollte das Werkstück beim Drehen eine Spannmöglichkeit, wie zum Beispiel einen Sechskant haben, was auch bei der Konstruktion der Bauteile zu beachten ist. Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt bei der Bearbeitung der 3D-gedruckten Bauteile auf der Drehbank ist die Verwendung von Werkzeugen mit sehr scharfen Schneiden. Dies begründet sich darin, dass durch scharfe Werkzeugschneiden geringe Schnitt- und Vorschubkräfte auftreten und es zu einem guten und weichen Spanfluss kommt [155]. Da Kunststoffteile bereits bei geringen Temperaturerhöhungen zu Verformung neigen, muss unbedingt auf die Temperatur während der Zerspanung geachtet werden.

=Werkstück für den Drehversuch=
Als Werkstück für den Drehversuch wurde ein Körper konstruiert. Durch den Sechskant kann das Werkstück sicher im Dreibackenfutter der Drehbank gespannt werden.

Für das Drucken der Bauteile wurden diese Parameter verwendet:
{| class="wikitable"
|+
!Material
!Layerhöhe in mm
!Anzahl vertikale Konturhüllen
!Ausrichtung auf dem Druckbett
!Düsendurchmesser in mm
|-
|Sunlu PLA
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|-
|Extrudr GreenTec Pro
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|-
|Creality Cr-Wood
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|-
|Extrudr PETG
|0,2
|4
|Sechskant auf dem Druckbett
|0,4
|}
[[Datei:Werkstück für den Drehversuch.png|mini|Versuchswerkstück Drehversuch|links]]

=verwendete Materialien/Werkzeuge/Maschinen=
Beim Drehversuch wird mit einer Wendeschneidplatte mit Eckenradius 0,1 mm gearbeitet. Dadurch soll eine sehr feine Oberflächengüte erzielt werden, was sich durch folgende Formel (1) begründet in der r den Eckenradius der Wendeschneidplatte angibt und <math>R_z</math> ein Maß für die Oberflächengüte ist. Je kleiner <math>R_z</math>, desto besser die Oberflächengüte. [155]

<math>R_z = \frac{f^2}{8 \cdot r}</math>     (1)

Um die Temperaturen während der Zerspanung gering zu halten soll außerdem ein Schmiermittel verwendet werden.

=Versuchsablauf=
Die Versuchswerkstücke werden für die Bearbeitung nacheinander in das Dreibackenfutter eingespannt und bearbeitet. Die Parameter anhand derer die Bauteile bearbeitet werden sind im folgenden in Form einer Tabelle aufgelistet. Dabei wird jedes Material mit den gleichen Fertigungsparametern bearbeitet um eine Vergleichbarkeit sicherzustellen.
{| class="wikitable"
|+
!Schnitttiefe [mm]
!Drehzahl
[1/min]
!Vorschubgeschwindigkeit
[mm/min]
|-
|0,2
|1600
|0,05
|-
|0,15
|1600
|0,05
|-
|0,1
|1600
|0,05
|-
|0,05
|1600
|0,05
|}

= Auswertung der Versuchsergebnisse =
Nachdem die Bauteile in der Drehmaschine bearbeitet wurden, wird jedes Werkstück mit Hilfe eines vorgefertigten Auswertungsprotokoll hinsichtlich der Oberfläche und der Maßhaltigkeit bewertet.

[[Datei:Bewertungsprotokoll Drehen.png|mini|Bewertungsprotokoll Drehen|links]]

=Nachbearbeitungsverfahren Schleifen und Polieren=
Beim Schleifen werden die obersten Schichten der Bauteile mit verschiedenen Schleifstoffen abgetragen, um die charakteristische Rillenstruktur der 3D-gedruckten Oberflächen möglichst zu entfernen. Durch das anschließende Polieren wird die Oberflächenqualität weiter verbessert.

=Werkstück für den Versuch=
Als Werkstück für den Schleifversuch wird das gleiche Werkstück verwendet wie beim Drehversuch. Dies ist dadurch begründet, dass das Schleifen an der Drehbank eine gleichmäßigere Materialabtragung gewährleistet als das Schleifen per Hand. Dadurch sollen Fehler durch Wiederholungenauigkeit vermieden werden. Für das Herstellen der Druckteile werden die gleichen Parameter verwendet wie im Drehversuch.

=verwendete Materialien/Werkzeuge/Maschinen=
Im Schleifversuch wird eine Drehbank als Bearbeitungsmaschine eingesetzt. Die Materialabtragung erfolgt mit einem Schleifklotz und Schleifpapieren unterschiedlicher Körnung. Zum Polieren wird eine Polierpaste und ein Polierschwamm verwendet.

=Versuchsablauf=
Zunächst werden die verschiedenen Werkstücke, welche sich nur in ihrem Material unterscheiden, mit Schleifpapier stufenweise, von grob bis fein, angeschliffen bis die Rillen vom 3D-Druck nicht mehr sichtbar sind und im Nachgang poliert.
Die optimale Drehzahl für die Bearbeitung wird dabei während des Schleifversuchs am Anfang mit Hilfe eines Versuchsteils erprobt. Die Vorgehensweise der Bearbeitung wird dabei im Folgenden beschrieben:
{| class="wikitable"
|+
!Verfahrensschritt
!Paramter
!Beschreibung
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 80
|Schleifen bis die Rillen vom 3D-Druck nicht mehr sichtbar sind
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 120
|
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 220
|
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 600
|
|-
|Schleifen
|Schleifpapierkörnung: 800
|
|-
|Polieren
|
|
|}

= Auswertung der Versuchsergebnisse =
Nachdem die Bauteile bearbeitet wurden, wird jedes Werkstück mit Hilfe eines vorgefertigten Auswertungsprotokoll hinsichtlich der Oberfläche und der Maßhaltigkeit bewertet.

[[Datei:Bewertungsprotokoll Schleifen und Polieren.png|mini|Bewertungsprotokoll Schleifen und Polieren|links]]

Datei:Bewertungsprotokoll Schleifen und Polieren.png

2024-11-17T18:42:47Z

Luca Schmid:

Bewertungsprotokoll Schleifen und Polieren

Mechanische Nachbearbeitungsmethoden Recherche

2024-11-17T18:30:57Z

Luca Schmid:

Mechanische Nachbearbeitungsmethoden Recherche

2024-11-17T18:29:25Z

Luca Schmid: /* Werkstück für den Drehversuch */

Mechanische Nachbearbeitungsmethoden Recherche

2024-11-17T18:29:01Z

Luca Schmid: /* Auswertung der Versuchsergebnisse */

Mechanische Nachbearbeitungsmethoden Recherche

2024-11-17T18:23:43Z

Luca Schmid: Einfügen Drehversuch

Datei:Bewertungsprotokoll Drehen.png

2024-11-17T18:21:58Z

Luca Schmid:

Bewertungsprotokoll Drehen

Datei:Werkstück für den Drehversuch.png

2024-11-17T17:53:16Z

Luca Schmid:

Werkstück für den Drehversuch