Neue Möglichkeiten zur Endbearbeitung von DMLS- und MJF-Teilen

Es schien im Handumdrehen zu geschehen. Die 3D-Druckindustrie ist ausgereift. Mittlerweile ist der Einsatz des 3D-Drucks für die schnelle Prototypenerstellung allgegenwärtig, selbst bei den kleinsten Unternehmen und Bastlern, und der Desktop-3D-Druckmarkt boomt weiterhin.

Im letzten Jahrzehnt sind große Unternehmen wie General Electric Co. und Hewlett-Packard Co. in die Branche eingestiegen, mit der Absicht, Endverbrauchsteile zuverlässig herzustellen, die hohen technischen Anforderungen genügen. Die Zahl der zum Verkauf und im Einsatz befindlichen 3D-Drucker in Industriequalität ist in den letzten Jahren enorm gestiegen.

Trotz aller Kosten können diese technischen Wunderwerke jedoch in der Regel keine Teile herstellen, die direkt aus der Kammer in einem vollständig fertiggestellten Zustand sind. Zumindest müssen die Teile von überschüssigem Material gereinigt werden oder erfordern möglicherweise komplexere Vorgänge wie das Entfernen von Stützstrukturen, das Färben, Wärmebehandlungen oder fortgeschrittene Oberflächenbehandlungen.

Während die Anzahl der pro Jahr gedruckten Teile wächst, steigt auch die Nachfrage nach stärker automatisierten nachgelagerten Prozessen, die den Arbeitsaufwand reduzieren und gleichzeitig die Qualität und Konsistenz der Teile verbessern. In den letzten Jahren sind neue Unternehmen entstanden, die Lösungen für diese Post-Print-Probleme anbieten; Diese zusätzliche Komplexität wird die Additive Manufacturing (AM)-Industrie auf ein neues Leistungsniveau bringen.

Bei dem Bestreben, 3D-Druck in Produktionsmengen zu ermöglichen, lag der Schwerpunkt in der Vergangenheit auf der Verbesserung des Druckerdurchsatzes und der Materialeigenschaften. Die Drucktechnologien Multi-Jet Fusion (MJF) und Direct Metal Laser Sintering (DMLS) haben in diesem Bereich beachtliche Erfolge erzielt. Ein einzelner MJF-Drucker der HP 5200-Serie kann in einem einzigen Druckvorgang über Nacht mehr als 1.000 Kopien eines kleinen Teils (denken Sie an die Größe Ihres Fingers) drucken. Für DMLS sind Systeme mit mehreren Lasern mittlerweile die Norm und es wurden erhebliche Fortschritte gemacht, um die Druckgeschwindigkeit zu verbessern.

Mit DMLS-Systemen wie der GE Die Materialeigenschaften für beide Verfahren sind ausgezeichnet, wobei MJF Kunststoffteile aus strapazierfähigem Nylon, thermoplastischem Polyurethan (TPU) und anderen gängigen technischen Thermoplasten herstellt. DMLS stellt dichte Metallteile aus Edelstahl, Titan und Aluminium her.

Bei beiden Technologien müssen die gedruckten Teile jedoch nach dem Drucken umfassend bearbeitet werden. MJF-Teile müssen aus ungesintertem Kunststoffpulver herausgebrochen und von losen Partikeln befreit werden. Das Schwarzfärben von MJF-Teilen in der Nachbearbeitung ist in der gesamten Branche eine äußerst gängige Praxis. DMLS-Teile müssen spannungsarm gemacht, von Stützen abgeschnitten und umfassend oberflächenveredelt werden, um die Oberflächenqualität zu verbessern.

Da bei diesen Verfahren durch Pulversintern ein Teil Schicht für Schicht aufgebaut wird, ist die Oberflächenbeschaffenheit der gedruckten Teile etwas rau. Im gedruckten Zustand haben MJF-Teile eine strukturierte Oberfläche wie Blue Jeans oder unlackierte Trockenbauwände. DMLS-Teile haben eine raue Oberfläche, ähnlich wie Gussmetall, ähnlich wie gusseisernes Kochgeschirr. Beides kann durch manuelle Vorgänge wie Schleifen, Polieren und maschinelle Bearbeitung verbessert werden. Dies kann jedoch die Kosten und die Vorlaufzeit erheblich erhöhen, insbesondere wenn die Endbearbeitung Teil für Teil in Serie und nicht im Rahmen eines Massenprozesses erfolgt.

Es besteht eine große Marktnachfrage nach glatten MJF- und DMLS-Teilen. Die gedruckte Oberfläche für MJF hat eine einigermaßen gute Ästhetik und weist keine sehr ausgeprägte Schichtung auf, aber die Textur ist schwer zu reinigen und verschmutzt recht leicht. Bei DMLS erschwert die raue Oberfläche den Einsatz in unzähligen biologischen Anwendungen, da es Zellwände beschädigen oder den Fluss von Flüssigkeiten und Gasen durch Kanäle verlangsamen kann.

Zwei spannende Technologien, die sich immer größerer Beliebtheit erfreuen, sind das Dampfglätten und das Trockenelektropolieren. DyeMansion North America Inc. und AMT Inc. bieten spezielle Geräte an, die die Dampfglättung nutzen können, ein chemisches Mittel, um die Oberflächenbeschaffenheit von MJF- und selektiven Lasersinterteilen (SLS) deutlich zu verbessern.

Währenddessen führt eine DLyte-Maschine einen trockenen Elektropolierprozess durch, der die Oberflächen von DMLS-gedruckten Teilen deutlich glättet. Die gemeinsame Qualität all dieser Verfahren besteht darin, dass sie die Fähigkeit von Additiv ergänzen, Produktionsläufe mit hohem Mix und geringem Volumen durchzuführen. Die Prozesse sind robust genug, um an vielen verschiedenen Geometrien ohne nennenswerte Änderungen im Setup durchgeführt zu werden, und durch die Verarbeitung von Teilen in Chargen sind sie in der Lage, mit dem steigenden Durchsatz von 3D-Produktionsdruckern Schritt zu halten.

Die Dampfglättung ist eine spannende Entwicklung für den Kunststoff-3D-Druck, insbesondere für SLS, MJF und andere Pulversinterverfahren. Bei diesem Verfahren werden Teile in eine Dampfwolke versetzt, und ein Lösungsmittel kondensiert auf der Oberfläche des Teils, wodurch es im Wesentlichen schmilzt. Durch das Lösungsmittel wird die Oberfläche glänzender und glatter. Es können mehrere Teile gleichzeitig bearbeitet werden, und da der Prozess von einer Gaswolke angetrieben wird, können nahezu alle Oberflächen einer komplexen Geometrie bearbeitet werden. Neben der Ästhetik scheint die Veredelung die Materialdehnung zu verbessern und die Oberfläche widerstandsfähiger gegen Flüssigkeiten zu machen. Die glänzendere Oberfläche ist viel einfacher zu reinigen – dies kann mit einem Tuch oder Wischtuch erfolgen.

Während die Oberfläche erheblich verbessert wurde, bleibt ein Großteil der inhärenten Oberflächenstruktur erhalten, sodass die Teile wie glänzendes Leder aussehen. Allerdings ist es immer noch nicht wirtschaftlich, pulvergesinterte Kunststoffteile auf die glänzende, glatte Oberfläche zu bringen, die mit einem polierten Spritzgusswerkzeug möglich ist. Außerdem beruht der Prozess auf einer chemischen Reaktion, sodass die Chemie des Basiskunststoffs kompatibel sein muss. Chemisch resistente Kunststoffe wie Polypropylen sind für diesen Prozess nicht geeignet, erfolgreiche Materialien sind beispielsweise Nylon und TPU.

Trockenes Elektropolieren scheint eine Möglichkeit zu sein, die Oberflächenbeschaffenheit von gedruckten Metallteilen wirtschaftlich zu verbessern, indem kugelförmige Elektrolytkügelchen verwendet werden, um die Rauheit der Teile ionisch zu entfernen. Der Pulversinter-Herstellungsprozess erzeugt eine strukturierte Oberfläche, die auch nach Sandstrahl- und Schleuderprozessen erhalten bleibt. Wenn Sie den Abrieb erhöhen, um die Oberfläche vollständig zu glätten, besteht die Gefahr einer Beeinträchtigung der Geometrie, insbesondere an scharfen Kanten und Ecken. Herkömmlicherweise müssen gedruckte Metallteile entweder maschinell bearbeitet oder von Hand poliert werden, um ein erstklassiges Finish zu erzielen. Trockenes Elektropolieren kann jedoch überzeugende Ergebnisse liefern.

DLyte bietet Geräte an, die ein trockenes, feines Medium verwenden und im Wesentlichen die Prinzipien des Elektropolierens mit dem mechanischen Polieren kombinieren, um das Beste aus beiden Welten zu erhalten. Die feinen Partikel können bis in enge Spalten vordringen und das Finish aller bis auf die unzugänglichsten Oberflächen verbessern. Diese Innovationen sind nur aufgrund der zunehmenden Größe der additiven Industrie möglich. Da die Technologie immer weiter verbreitet wird, ergeben sich neue Möglichkeiten für automatisierte Prozesse nach dem Druck, aber seien Sie versichert, die Zukunft beginnt jetzt.

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