Mechanische Nachbearbeitungsmethoden

Vincent Greinecker, 08.11.2024

Eingangsinformationen

• Optimierte Druckparameter
• 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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“.

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.