Druckplatten

Vincent Greinecker, 28.10.2024

Eingangsinformationen

• Aufgabenstellung
• Aufgabenanalyse

Ausgangsinformationen

• Anwendungsbereiche unterschiedlicher Druckplatten
• Produktionsverfahren von Druckplatten

Ziel dieses Arbeitspaketes ist die Analyse, welche Auswirkungen verschieden texturierte Druckplatten (eng. Buildplates) auf den Druckprozess bzw. auf das Druckergebnis haben. Da es sich bei dieser Untersuchung um eine größtenteils theoretische Arbeit handelt, bedarf diese einer tiefgehenden Recherche. Auf den Ergebnissen der Recherche basierend ist eine detaillierte schriftliche Ausarbeitung zu erstellen, in welcher sowohl die technischen Details als auch die praktischen Anwendungsfälle der verschiedenen Druckplatten ausgeführt werden. Es soll daher möglich sein, dem Dokument für verschiedene Anwendungsfälle eine Lösung bei der Wahl der zu verwendenden Druckplatte zu entnehmen. Zudem ist der Herstellungsprozess texturierter Druckplatten zu untersuchen und zu erklären.

Einfluss unterschiedlicher Druckplatten auf Oberflächenqualität

Einführung

Druckplatten, auch bekannt als Bauplatten oder Druckbetten, sind essenzielle Bestandteile von 3D-Druckern. Sie fungieren als Basis, auf der das Druckmaterial schichtweise aufgetragen wird, um dreidimensionale Objekte zu erzeugen. Die Textur der Druckplatte spielt eine kritische Rolle, da sie direkt auf die erste Schicht des Druckmaterials übertragen wird und somit einen signifikanten Einfluss auf die Oberflächenqualität des fertigen Produkts hat. Materialien für Druckplatten variieren von Glas über Metall bis zu spezialisierten Kunststoffen, wobei manche mit Heizelementen ausgestattet sind, um eine optimale Haftung und minimale Verformung zu gewährleisten.

Herausforderungen bei der Recherche zu Druckplatten

Die wissenschaftliche Forschung über Druckplatten im Bereich des 3D-Drucks ist nicht so umfangreich wie in anderen technischen Disziplinen. Informationen finden sich oft in Online-Foren, Community-Webseiten und Video-Tutorials, die sich hauptsächlich auf praktische Anwendbarkeit konzentrieren. Diese Quellen sind reich an realen Anwendungsbeispielen und Lösungsansätzen, die von Nutzern und Entwicklern geteilt werden, bieten jedoch Herausforderungen in Bezug auf Verifizierbarkeit und wissenschaftliche Genauigkeit. Trotz dieser Einschränkungen sind sie wertvolle Ressourcen für aktuelle und anwendungsspezifische Einblicke in die Technologie des 3D-Drucks. Dieses Arbeitspaket hat die Aufgabe, die verfügbaren Informationen zu systematisieren und darzustellen, um die Auswahl einer geeigneten Druckplatte zu vereinfachen und den Anwendern eine fundierte Entscheidungsgrundlage zu bieten.

Arten der Druckplatten

Wie vorher erwähnt gibt es mehrere Arten von Druckplatten. Es können sowohl die Textur der Druckplatte als auch das Material der oberen Schicht variiert werden, um Eigenschaften wie Adhäsion oder Oberflächentextur der ersten Schicht zu beeinflussen. Die Textur kann von komplett glatt zu einer sehr rauen Oberflächenstruktur abweichen und eine Vorstellung der üblichen Materialtypen folgt im nächsten Abschnitt.

Druckplatten aus Glas

Druckplatte aus Glas [157]

Glas ist der am häufigsten verwendete und leicht verfügbare Typ von Druckbetten in den meisten 3D-Druckern. Es bietet eine glatte und ebene Oberfläche, die ideal für einfach zu druckende Filamente wie PLA ist. Die glatte Oberfläche wird auf der ersten Schicht des gedruckten Teils übertragen. Es muss jedoch anerkannt werden, dass Glasdruckbetten eine geringe Haftfestigkeit aufweisen. Dies kann zu Problemen wie Verzug, Ablösungen und Fehldrucken führen, insbesondere wenn ABS, PETG oder Nylon auf Glasdruckplatten verwendet werden.[156] Ein weiterer Nachteil von Glas ist, dass das Material im Vergleich zu anderen Varianten schwierig ist und im Fall von 'Bed-slinger' Drucker zu stärkeren Vibrationen des Druckes führt. Bei Druckern, wo sich nur der Druckkopf in den x,y und z Richtungen bewegt, spielt das auch keine Rolle im Prozess, da sich die Platte selbst nicht bewegt. Druckplatten aus Glas sind auch üblicherweise auch mit Schrauben oder mit Klebstoff am Drucker montiert, im Vergleich mit anderen Materialien, die meistens magnetisch befestigt werden und dadurch vom Drucker entfernbar sind. Das kommt daher, dass Glas selbst zerbrechlich ist. Beim Herausnehmen und erneuten Einsetzen einer Glasdruckplatte in einem Drucker besteht das Risiko, dass die Platte zerbricht. Dieses Risiko erhöht sich insbesondere, wenn die Platte unter Spannung steht oder ungleichmäßigen Temperaturen ausgesetzt war, was zu Spannungen im Material führen kann. Der größte Vorteil dieses Materials ist die seine Härte und dadurch seine hohe Beständigkeit gegen Kratzen.

PEI-Druckplatten

a) Texturierte/glatte PEI-Platte, b) Druckergebnis jeweils texturiert/glatt [160]

PEI (Polyetherimide) Druckplatten sind in der 3D-Druckwelt weit verbreitet und für ihre exzellenten Haftungseigenschaften bekannt. PEI-Platten sind dünn, haltbar und hitzebeständig, was sie besonders geeignet für die Verwendung mit einer Vielzahl von Druckmaterialien macht, darunter ABS und PLA. Diese Platten können entweder eine glatte oder eine raue Oberfläche haben, wobei beide gute Haftung bieten, obwohl einige Anwender eine Präferenz für eine der beiden Oberflächen haben können. Die raue Seite tendiert dazu, eine stärkere Haftung zu bieten, was besonders nützlich sein kann, um das Warping bei schwierigeren Materialien zu verhindern. [158]

Ein weiterer Vorteil von PEI-Platten ist ihre geringe Wartungsintensität. Sie können einfach mit Isopropylalkohol gereinigt werden, um Rückstände zu entfernen und die Leistungsfähigkeit der Platte zu erhalten. Außerdem sind PEI-Platten relativ einfach zu installieren und zu warten, was sie zu einer beliebten Wahl sowohl für Hobby-Anwender als auch für professionelle Druckumgebungen macht. [159]

Bambulab™ ist ein 3D-Drucker Hersteller und die Firma produziert auch ihre eigenen Druckplatten aus PEI. Diese beschreiben in ihrem öffentlich zugänglichen Wiki wie die glatten und texturierten Platten hergestellt werden und zeigen deren Einsatzbereiche und Oberflächenbeschaffenheit der gedruckten Teile. Die texturierte PEI-Platte wird hergestellt, indem ein Edelstahlblech mit einer Schicht PEI-Pulver beschichtet wird, was beiden Seiten eine strukturierte Oberfläche verleiht. Besonders hervorzuheben ist die spezielle raue Textur, die auf die Unterseite der gedruckten Objekte übertragen wird. Diese Platte funktioniert gut mit einer Vielzahl von Materialien und bietet oft hervorragende Haftung ohne die Notwendigkeit von Klebstoffen, was sie benutzerfreundlich macht. Zudem ist die PEI-Beschichtung auf den Platten langlebig. Die glatte PEI-Platte wird hergestellt, indem ein sorgfältig ausgewähltes PEI-Blatt mit einem hoch hitzebeständigen 3M-Klebstoff auf ein Federstahlblech geklebt wird. Sie bietet eine flache Oberfläche für gedruckte Objekte und eignet sich für Anwendungen, die eine ebene Unterseite erfordern. Beim Drucken mit verschiedenen Filamenten, außer PLA, das ohne Klebstoff auskommt, ist die Verwendung von Klebstoffen notwendig, um ein Reißen der PEI-Schicht zu vermeiden. Das dickere Federstahlblech von 0,5 mm hilft, das Risiko von Verzug in der Druckplatte zu verringern. [160]

Garolite™:

G10 Druckplatten [161]

Garolite, auch als FR4 oder G10 bekannt, ist eine spezialisierte Druckplatte, die eigens für die Verwendung mit Nylon entwickelt wurde. Nylon ist dafür bekannt, auf anderen Druckoberflächen schlecht zu haften. Ein wesentliches Merkmal von Garolite ist, dass es auch ohne Wärmezufuhr oder Haftvermittler erfolgreich verwendet werden kann.[161] Dieser Verbundwerkstoff, der aus Glasfasergewebe und Epoxidharz besteht, zeichnet sich durch hohe mechanische Festigkeit sowie ausgezeichnete chemische Beständigkeit und thermische Stabilität aus. Die übertragene Textur ist wie bei Glas ebenfalls glatt.

Druckplatten mit Modellen

Um den Drucken eine individuelle Note zu verleihen, empfiehlt es sich, spezialisierte Texturdruckplatten zu verwenden, die auch als PEY-Druckplatten, PEO(Polyethilglykol)-Druckplatten und H1H-Druckplatten bekannt sind. Diese Platten bestehen typischerweise aus einer Basis aus Federstahl, die mit einer mikrostrukturierten Folie beschichtet ist. Diese Beschichtung transferiert einzigartige und oftmals glänzende Muster auf die Unterseite der Druckobjekte, die Sterne imitieren, oder holografische Effekte aufweisen. Trotzdem haben diese gedruckten Objekte eine glatte Oberfläche.