Chemische Nachbehandlung

Vincent Greinecker, 29.10.2024

Eingangsinformationen

• Optimierte Druckparameter
• Mechanische Nachbearbeitungsmethoden

Ausgangsinformationen

• Materialabhängige Empfehlung chemischer Nachbehandlungsmethoden
• Ergebnisse der Erprobung diverser Methoden

Der zweite Teil der Nachbearbeitungsmethoden behandelt mögliche chemische Verfahren, mittels welchen die Oberflächenbeschaffenheit von Bauteilen verbessert werden kann. Ziel dieses Arbeitspaketes ist das Identifizieren von geeigneten Stoffen und Methoden, deren Auswirkung auf die Optik unterschiedlicher Materialien zu bewerten und die daraus resultierende Maßhaltigkeit zu dokumentieren. Ziel ist der Gewinn eines fundierten Verständnisses, auf welche Weise sich die unterschiedlichen chemischen Nachbehandlungen auf die Qualität der in gedruckten sowie bereits mechanisch nachbearbeiteten Teile auswirken und welche Verfahren gegenüber welchen Werkstoffen am besten geeignet sind. Der Beginn der Bearbeitung dieser Untersuchung besteht darin, eine umfassende Recherche möglicher Chemikalien durchzuführen. Wie diese auf das Bauteil aufzutragen und welche Sicherheitsaspekte dabei zu beachten sind. Anschließend an die Recherche werden drei technisch mögliche Methoden im Praxistest erprobt. Ziel hierbei ist es, die ausgewählten Methoden an repräsentativen 3D-gedruckten Bauteilen sowie bereits mechanisch nachbearbeiteten Bauteilen unterschiedlichen Materialtyps anzuwenden. So können die Eignung und Effektivität in Bezug auf die Verbesserung der Optik der Oberfläche bewertet werden. Weiterhin ist auch die Maßhaltigkeit zu betrachten. Dafür ist vor und nach jedem Versuch das Ausgangsteil zu vermessen. Die daraus resultierende Abweichung ist zu dokumentieren.

Chemische Nachbearbeitungsmethoden von FDM-3D-gedruckten Teilen - Recherche

Das chemische Glätten ist eine verbreitete Nachbearbeitungstechnik für 3D-gedruckte Teile, die mit dem Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahren hergestellt wurden. Ziel dieses Prozesses ist es, die Oberflächenqualität der Teile zu verbessern, indem sichtbare Schichtlinien minimiert und die Haptik sowie die optische Erscheinung optimiert werden. Durch den Einsatz spezifischer Lösungsmittel können die äußeren Schichten des Materials gezielt angelöst werden, was vermutlich zu einer glatten, glänzenden Oberfläche führt. Dieser Ansatz eignet sich insbesondere für Anwendungen, bei denen Ästhetik und Funktionalität gefragt sind [171]. Die Methode wird in verschiedenen Branchen eingesetzt, von der Herstellung ästhetisch ansprechender Prototypen bis hin zu funktionalen Teilen, die eine verbesserte Leistung erfordern. Trotz der Vorteile birgt das chemische Glätten Risiken, darunter die potenzielle Schwächung der Materialstruktur oder die Freisetzung gesundheitsschädlicher Dämpfe, weshalb die Wahl der geeigneten Chemikalien und die genaue Analyse ihrer Wirkung auf unterschiedliche Materialien von entscheidender Bedeutung ist [172][173].

Auswahl der Chemikalien und erwartetes Verhalten

Für dieses Experiment wurden vier Chemikalien ausgewählt: Isopropanol (ISO), Aceton, Dichlormethan (DCM) und Tetrahydrofuran (THF). Diese Stoffe wurden aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Eigenschaften und ihrer potenziellen Wirkung auf die getesteten Materialien ausgewählt, nämlich PETG, PLA und GreenTEC Pro. Die Auswahl der Chemikalien basiert auf ihrer Verfügbarkeit, ihrem bekannten Einsatz in ähnlichen Prozessen und ihrer chemischen Interaktion mit polymeren Materialien [174][175].

Isopropanol (ISO)

Isopropanol wird erwartet, die Materialien zu reinigen, ohne eine chemische Reaktion hervorzurufen. Es löst typischerweise keine Oberflächenschicht auf, weshalb es als Referenz für sichere Reinigungsanwendungen dient. Die Toxizität von Isopropanol ist gering; es kann jedoch bei Kontakt mit Haut oder Augen reizend wirken. Dämpfe können bei hohen Konzentrationen Schwindel oder Kopfschmerzen verursachen. Zum Schutz sollten Handschuhe (z. B. Nitrilhandschuhe) und eine Schutzbrille getragen werden, und es ist darauf zu achten, in gut belüfteten Räumen zu arbeiten [176].

Aceton

Aceton ist bekannt dafür, mit bestimmten Polymeren wie ABS zu reagieren, aber seine Wirkung auf die getesteten Materialien ist begrenzt. Es wird erwartet, dass Aceton PLA in geringem Maße angreift, während PETG und GreenTEC Pro weitgehend resistent bleiben. Aceton weist eine moderate Toxizität auf, ist entzündlich und kann bei Einatmen oder Hautkontakt Irritationen sowie Schwindel verursachen. Zur Sicherheit sollte in gut belüfteten Räumen oder unter einer Abzugshaube gearbeitet werden, während chemikalienbeständige Handschuhe und eine Schutzbrille getragen werden. Offene Flammen sollten vermieden werden [172][177].

Dichlormethan (DCM)

DCM ist ein starkes Lösungsmittel, das die Oberflächen von PETG und PLA effektiv angreifen und glätten kann. Es wird jedoch erwartet, dass GreenTEC Pro aufgrund seiner chemischen Resistenz nur minimal auf DCM reagiert. Die Toxizität von DCM ist hoch, da es krebserregend und stark toxisch ist. Es kann bei Inhalation Schwindel, Kopfschmerzen und Atemwegsreizungen verursachen. Arbeiten mit DCM sollten nur unter einer Abzugshaube durchgeführt werden, und es sind vollständige persönliche Schutzausrüstungen (PSA) erforderlich, einschließlich chemikalienbeständiger Handschuhe, Schutzbrille und Atemschutzmaske (Filter für organische Dämpfe) [171][173].

Tetrahydrofuran (THF)

THF kann PETG und PLA effektiv auflösen und glätten. Es wird eine deutliche Oberflächenreaktion erwartet. Für GreenTEC Pro wird jedoch aufgrund seiner höheren chemischen Stabilität eine geringe bis keine Reaktion vermutet. THF ist hoch toxisch, entzündlich und kann das zentrale Nervensystem (ZNS) schädigen. Längere Exposition kann zu neurologischen Symptomen führen. Arbeiten mit THF erfordern eine Abzugshaube sowie PSA, einschließlich chemikalienbeständiger Handschuhe, Schutzbrille und Atemschutzmaske für organische Dämpfe [174][175].