Bei 3D-Druckteilen, die durch Extrusion hergestellt wurden, kann man oft bestimmte Artefakte, Schichtlinien und Spuren der für den Druck benötigten Medien sehen. Da diese visuellen Mängel manchmal störend sein können, kann man schnell dazu verleitet werden, die Ästhetik der FDM-gedruckten Teile verbessern zu wollen.
Wenn Sie selbst schon einmal versucht haben, Ihre Ergebnisse beim FDM-3D-Druck zu verbessern, wissen Sie wahrscheinlich, dass es sich um einen Prozess handelt, der aus verschiedenen Schritten besteht, die jeweils eine Herausforderung darstellen können. Mit den richtigen Praktiken vor, während und nach dem Drucken ist es jedoch möglich, sauberere und professionellere Ergebnisse zu erzielen.
Schöne Ergebnisse zu erzielen, hängt sowohl vom Druck selbst als auch von den Schritten davor und danach ab.
Vorbereitung vor dem Drucken
Schon vor dem 3D-Drucken spielen einige Parameter eine Rolle, um die Qualität der fertigen Teile zu gewährleisten. Die beiden wichtigsten Faktoren sind der 3D-Drucker und das verwendete Material.
Was das Filament betrifft, so kann die von ihm aufgenommene Feuchtigkeit zu Druckfehlern wie Blasen oder Rissen führen, die die Oberflächenbeschaffenheit beeinträchtigen. Um dies zu vermeiden, empfiehlt es sich, das Filament vor dem Drucken mit einer speziellen Maschine, einem Luftentfeuchter oder in einem Ofen bei niedriger Temperatur zu trocknen.
Auf der Seite des Druckers ist es entscheidend, die Druckplatte zu reinigen. Eine saubere Oberfläche sorgt für eine bessere Haftung und eine gleichmäßige erste Schicht. Reinigen Sie die Druckplatte regelmäßig mit Isopropylalkohol oder einer fettlösenden Seife, um Rückstände zu entfernen.
Es ist auch wichtig, darauf zu achten, dass die Tischplatte richtig nivelliert ist, entweder manuell oder mithilfe der automatischen Nivellierungsfunktion, falls Ihr Drucker damit ausgestattet ist. Passen Sie auch die Höhe der Düse relativ zur Ablage an (Babystepping oder Z-Offset), um eine optimale erste Schicht zu gewährleisten.
Zudem maximiert eine regelmäßige Wartung des Druckers die Chancen auf gute, wiederholbare Ergebnisse. Diese Wartung reicht von der allgemeinen Reinigung (Platte, Achsen, Extruder, Hotend, …) über die Schmierung der Achsen bis hin zu mechanischen Anpassungen wie dem Druck des Extruders, der Spannung der Riemen und der Einstellung der Exzentermuttern bei Druckern mit v-Wheel.
Um schöne Druckergebnisse ohne Ringing- oder Ghosting-Artefakte zu erzielen, ist eine gute Wartung des 3D-Druckers unerlässlich.
Slicing-Tipps und Druckeinstellungen
Das Slicing ist ein entscheidender Schritt im 3D-Druck, da hier die Modelle vorbereitet und alle Druckparameter festgelegt werden. Für optimale Ergebnisse ist die richtige Ausrichtung der Teile essenziell, da sie die Oberflächenqualität beeinflusst und bestimmt, ob Stützstrukturen erforderlich sind. Positionieren Sie das Modell so, dass Überhänge minimiert werden, um den Einsatz von Stützen zu reduzieren und die Ästhetik des Endergebnisses zu verbessern.
In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, komplexe Geometrien, die schwer zu drucken sind, in mehrere Teile zu unterteilen und diese nach dem Druck zusammenzufügen. Die meisten modernen Slicer bieten die Möglichkeit, Objekte entlang einer Achse zu teilen und Verbindungsstücke zu erstellen, um eine präzise Ausrichtung beim Verkleben zu erleichtern. Durch das Aufteilen eines komplexen Modells kann der Bedarf an Stützstrukturen reduziert und die Oberflächenqualität verbessert werden.
Bestimmte Druckeinstellungen müssen während des Slicings angepasst werden, darunter die Druckgeschwindigkeit, die Schichthöhe, das Infill (Muster, Dichte, Überlappung mit den Perimetern) sowie die Reihenfolge der Innen- und Außenwände.
Die Schichthöhe ist ein entscheidender Faktor, der sowohl die Druckgeschwindigkeit als auch die Qualität beeinflusst. Höhere Schichten bedeuten weniger Gesamtschichten und somit eine schnellere Druckzeit. Andererseits führt eine geringere Schichthöhe zu einer besseren Detailgenauigkeit, da sie den Treppeneffekt auf gekrümmten und schrägen Oberflächen reduziert.
Die Schichten von 3D-gedruckten Bauteilen im FDM-Verfahren sind oft mit bloßem Auge sichtbar. Je größer die Schichthöhe, desto deutlicher sind sie erkennbar.
Eine reduzierte Druckgeschwindigkeit, insbesondere für die äußeren Schichten, kann die Präzision und Oberflächenqualität verbessern. Passen Sie die Geschwindigkeit an die Komplexität des Modells und das verwendete Material an.
Der Infill wird oft in Bezug auf die Optik vernachlässigt, obwohl er eine entscheidende Rolle für den gesamten Druck spielt. Obwohl das Infill nach dem Druck unsichtbar ist, bietet es eine stabile Basis für die oberen Schichten. Es gibt verschiedene Muster für spezifische Anforderungen: Das Gyroid-Infill verbessert beispielsweise die Stabilität in Z-Richtung, während das Lightning-Infill den Materialverbrauch drastisch reduziert, indem es interne Stützen automatisch bildet. Zudem ist es wichtig, den Überlappungsgrad zwischen Infill und Außenwänden anzupassen, um sowohl Festigkeit als auch eine saubere Optik zu gewährleisten.
Beim Slicing lassen sich auch die Extrusionstemperatur und die Kühlung des Materials einstellen. Ein Gleichgewicht zwischen beiden ist essenziell: Zu hohe Temperaturen können zu rauen Oberflächen führen, während zu niedrige Temperaturen die Schichthaftung beeinträchtigen und die mechanischen Eigenschaften verschlechtern können. Passen Sie diese Parameter je nach Material und gewünschtem Ergebnis an, um den besten Kompromiss zwischen Stabilität und Ästhetik zu erreichen.
Für einige Bauteile sind Stützstrukturen erforderlich, um einen erfolgreichen Druck zu gewährleisten.
Eine Erhöhung der Anzahl der Außenwände kann die Oberflächenqualität verbessern. Ebenso trägt die Optimierung der oberen und unteren Schichten zu einer glatteren und gleichmäßigeren Oberfläche bei. Nachdem die zuvor genannten Parameter optimiert wurden, gibt es noch einige erweiterte Slicing-Einstellungen, die die Ästhetik des Drucks weiter verbessern können:
- Druck der äußeren Perimeter vor den inneren Wänden: Diese Technik verbessert die Präzision der Konturen, indem zuerst die Außenwände und danach die Innenstrukturen gedruckt werden.
- Variable Schichthöhe: Dünnere Schichten in detaillierten Bereichen und dickere Schichten in weniger sichtbaren Zonen optimieren sowohl die Druckqualität als auch die Druckzeit.
- Verwendung unterschiedlicher Materialien für Stützstrukturen: Durch den Einsatz eines anderen Materials als Stützinterface kann der Abstand zwischen der Stützstruktur und dem eigentlichen Druck reduziert werden, was zu einer besseren Oberflächenqualität führt. PLA und PETG sind beispielsweise eine gute Kombination für hochwertige Druckergebnisse.
Nachbearbeitungstechniken
Nach dem Druck kann eine Nachbearbeitung erforderlich sein, um die Optik und Haptik der 3D-gedruckten Teile zu verbessern. Je nach verwendetem Material und gewünschtem Finish lassen sich verschiedene Methoden anwenden, um Oberflächen zu glätten, Schichtlinien zu kaschieren oder die Stabilität der Bauteile zu erhöhen. Von Schleifen und Lackieren über Kleben bis hin zu fortgeschrittenen Techniken wie Harzbeschichtung oder thermischem Polieren – jede Methode trägt zur ästhetischen und funktionalen Optimierung des Drucks bei.
Schleifen und Glätten
Nach dem Druck ist Schleifen eine gängige Methode, um Oberflächen zu glätten. Beginnen Sie mit grobem Schleifpapier (100–200 Körnung), um sichtbare Unebenheiten zu entfernen, und arbeiten Sie sich schrittweise zu feineren Körnungen (400–600) vor, um die Oberfläche weiter zu verfeinern. Für eine besonders glatte Oberfläche kann ein sehr feines Schleifpapier (1000+ Körnung) oder eine Polierpaste verwendet werden. Vor dem Schleifen können Löcher und Fugen verklebter Bauteile mit Spachtelmasse gefüllt werden. Zudem lassen sich Mikrorillen zwischen den Schichten mit einem Füllprimer aus der Sprühdose ausgleichen, um den Nachbearbeitungsprozess zu erleichtern. Alternativ bieten auch Strahlverfahren wie Aerogommage oder Sandstrahlen eine effektive Möglichkeit zur Glättung von 3D-Druckoberflächen.
Schleifen ist eine effektive Nachbearbeitungstechnik zur Verbesserung der Oberflächenqualität.
Lackierung
Vor dem Lackieren sollte die Oberfläche mit einem Grundierer vorbereitet und leicht angeschliffen werden, um die Haftung der Farbe zu verbessern. Wählen Sie eine Farbe, die mit dem Material des Bauteils kompatibel ist, und tragen Sie sie gleichmäßig auf, um ein professionelles Ergebnis zu erzielen. Detaillierte Arbeiten lassen sich mit Pinsel oder Airbrush umsetzen, während Sprühlack (Sprühdose) eine schnelle und gleichmäßige Abdeckung größerer Flächen ermöglicht.
Montage und Verklebung
Für das Zusammenfügen geteilter Bauteile ist die Wahl des richtigen Klebstoffs entscheidend. Cyanoacrylatkleber (Superkleber) bietet eine schnelle Haftung und eignet sich besonders für kleine Teile aus PLA oder PETG. Für eine stärkere Verbindung auf größeren Flächen ist ein zweikomponentiger Epoxidkleber eine ausgezeichnete Wahl. Bei ABS-Bauteilen kann eine chemische Verschweißung mit Aceton die Teile dauerhaft und nahezu unsichtbar miteinander verbinden. Es gibt zudem spezielle Klebstoffe für den 3D-Druck, die auf chemischer Verschweißung basieren, wie z. B. 3D Gloop, die für verschiedene Materialien optimiert sind.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, bereits in der Konstruktionsphase Steck- oder Schraubverbindungen einzuplanen. Das Hinzufügen von Zapfen und Nuten direkt in das Modell erleichtert die Ausrichtung und erhöht die Stabilität. Zudem lassen sich mit Hitze eingebrachte Metallgewindeeinsätze integrieren, um eine langlebige und wiederlösbare Verbindung zu ermöglichen.
Weitere Finishing-Techniken
Neben Schleifen und Lackieren gibt es weitere Methoden zur Veredelung von 3D-gedruckten Teilen. Beim thermischen Polieren wird die Oberfläche kurzzeitig einer Wärmequelle wie einem Heißluftföhn, einem Gasbrenner oder einem Feuerzeug ausgesetzt, um feine Fäden (sogenannte „Engelshaar“) und Mikrounebenheiten zu glätten. Diese Technik eignet sich besonders für PETG, ASA und ABS, muss jedoch mit Vorsicht angewendet werden, um eine Verformung des Bauteils zu vermeiden.
Das Zusammenfügen von Bauteilen ist oft erforderlich, um größere und komplexere Formen im FDM-3D-Druck zu realisieren. (Bild: Prusa 3D)
Das Auftragen transparenter oder getönter Epoxidharze ist eine beliebte Methode zur Nachbearbeitung. Die Harze werden mit einem Pinsel oder durch Tauchen aufgetragen, füllen Unebenheiten aus und verleihen der Oberfläche ein glänzendes, gleichmäßiges Finish. Diese Technik eignet sich besonders für Bauteile, die Feuchtigkeit ausgesetzt sind oder ein hochwertiges ästhetisches Erscheinungsbild erfordern. Auch UV-Harz, das in der Resin-3D-Drucktechnik verwendet wird, kann auf ähnliche Weise aufgetragen und durch UV-Belichtung ausgehärtet werden, um einen vergleichbaren Effekt zu erzielen.
Es gibt weitere Nachbearbeitungstechniken, die sowohl die mechanischen als auch die ästhetischen Ergebnisse erzielen können, wie Hydrographie (Wassertransferdruck), Galvanisierung oder Tempern.
FDM-3D-Druck ist aufgrund seines günstigen Einstiegs und seiner einfachen Handhabung eine weit verbreitete Technologie. Doch um ein optimales ästhetisches Ergebnis zu erzielen, sind Sorgfalt und Präzision in jedem Schritt des Prozesses erforderlich. Vom richtigen Trocknen des Filaments über die Reinigung des Druckbetts bis hin zur feinen Abstimmung der Slicing-Parameter – all diese Faktoren beeinflussen die Qualität des Endergebnisses. Die Wahl der passenden Nachbearbeitungstechniken trägt zusätzlich dazu bei, professionelle Drucke mit verbesserter Optik zu erzielen.
Experimentieren ist der Schlüssel zur Perfektion. Jede Drucker-Filament-Kombination und jedes Projekt hat seine eigenen Anforderungen. Durch das Testen verschiedener Methoden lassen sich die optimalen Einstellungen und Techniken für perfekte 3D-Drucke finden.
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