Alles, was Sie über transparenten 3D-Druck wissen sollten

Transparenz ist nicht nur eine ästhetisch ansprechende Eigenschaft bei der Herstellung von Bauteilen, sondern in manchen Fällen auch eine notwendige. Der 3D-Druck und seine Flexibilität in Bezug auf Design, Materialien und Prozesse ermöglichen die Herstellung von Teilen mit einem transparenten Effekt. Dies kann jedoch eine schwierige Aufgabe sein, da das Prinzip der Technologie selbst, nämlich die Überlagerung von Schichten, Räume schafft, durch die kein Licht hindurchdringen kann, und wir stattdessen Teile mit einem durchscheinenden Effekt erhalten. Ein Material par excellence für die Herstellung transparenter Teile, das sich zunehmend als geeignetes Material für den 3D-Druck etabliert, ist Glas. Es gibt jedoch auch einige Kunststoffe, mit denen wir einen transparenten Effekt erzielen können. Dieses Mal konzentrieren wir uns auf das letztgenannte Material.

Bevor wir uns mit diesem Thema befassen, ist es wichtig, zwischen Transparenz und Transluzenz zu unterscheiden. Transparente Teile lassen mehr Licht ohne sichtbare Verzerrungen durch, sodass man perfekt durch sie hindurchsehen kann. Transluzente Teile hingegen lassen Licht durch, jedoch in diffuser Form, sodass wir zwar Formen erkennen können, das Bild, das wir durch die Teile sehen, jedoch nicht ganz scharf ist. Um durch 3D-Druck unterschiedliche Transparenzgrade zu erzielen, werden wir zwei Technologien analysieren, die mit transparenten Kunststoffen kompatibel sind, sowie die Faktoren, die bei jeder Technologie zu berücksichtigen sind, und die Anwendungsbereiche von transparenten 3D-Teilen.

Technologien zur Herstellung transparenter 3D-Teile

Harzbasierte Verfahren

Wenn man an transparenten 3D-Druck denkt, kommt einem als Erstes die Verwendung von harzbasierten Verfahren in den Sinn. Der 3D-Harzdruck im Bottich (SLA, DLP) ist eine der idealen Technologien, um Teile mit hoher Transparenz und Qualität zu erhalten, da die Oberflächen glatt sind und mehr Licht durchlassen. Auf dem Markt gibt es verschiedene transparente Harze mit Eigenschaften, die sich für unterschiedliche Anwendungen im Bereich der klaren Optik eignen. Beispielsweise ist Clear Resin von Formlabs für SLA-Drucker ein Harz, mit dem Teile hergestellt werden können, die nahezu die Transparenz von Glas aufweisen, feine Details haben und keine lange Nachbehandlung erfordern.

Zu diesen auf der Photopolymerisation basierenden Verfahren kommt noch das Material Jetting hinzu. Diese Technologie ermöglicht die gleichzeitige Verwendung mehrerer Harze und die Kombination verschiedener Materialien. Das bedeutet, dass transparente Harze in die Maschine geladen werden können, um verschiedene Transparenzgrade im selben Teil zu erzielen. Darüber hinaus bietet das Material Jetting eine hervorragende Auflösung und eine sehr glatte Oberfläche, was die ästhetischen Eigenschaften der Teile verbessert.

Transparenter 3D-Druck ist nützlich für die Untersuchung von Mikrofluiden. (Bild: Formlabs)

Ein häufiger Nachteil von Kunststoffteilen ist, dass sie mit der Zeit vergilben oder nach dem Spülen und Trocknen an Klarheit verlieren können. Um dies zu verhindern, ist es oft notwendig, eine Beschichtung aufzutragen und die Teile zu polieren und zu schleifen, damit ihre Oberfläche so glatt wie möglich wird. In der Regel werden durch die Kombination dieser Techniken die Transparenz und der Glanz erhöht.

Materialextrusion

Im Vergleich zu den beiden vorherigen Verfahren ist die Materialextrusion (FDM/FFF) eine kostengünstigere und weit verbreitete Technologie, jedoch ist die erzielte Transparenz geringer. Dies liegt daran, dass die Ablagerung von Material in aufeinanderfolgenden Schichten das Licht streut. In diesem Fall sind die erhaltenen Teile eher durchscheinend und undurchsichtig. Die Materialien, die sich für den transparenten 3D-Druck mit FDM-Druckern besonders eignen, sind PLA, Polycarbonat und PETG. Von diesen Materialien ist PETG am besten für den transparenten 3D-Druck geeignet, da seine Molekülstruktur eine gute Lichtdurchlässigkeit ermöglicht.

Um Teile mit einem transparenten Effekt mit FDM-Technologien zu drucken, müssen bestimmte Schlüsselparameter berücksichtigt werden. Erstens können durch eine Verringerung der Schichthöhe auf 0,1 bis 0,2 die sichtbaren Linien minimiert werden, wodurch eine glattere und gleichmäßigere Oberfläche entsteht, die bis zu einem klaren Effekt geschliffen werden kann. Außerdem ist es wichtig, einen kontinuierlichen Materialfluss aufrechtzuerhalten, um Blasen und Unebenheiten zu vermeiden, sowie mit einer langsameren Geschwindigkeit zu drucken. Ein letzter zu berücksichtigender Aspekt wäre die Füllung der Teile. Die Wahl einer minimalen oder gar keiner Füllstruktur kann dazu führen, dass das Licht besser durch die Teile hindurchscheint und ein transparenteres Finish erzielt wird. Wie bereits erwähnt, liegt die Hauptbeschränkung des FDM-Verfahrens beim Drucken transparenter Teile jedoch in der Schwierigkeit, die Schichtlinien vollständig zu beseitigen. Selbst nach einer gründlichen Nachbehandlung wie Schleifen und Beschichten.

Transparente Teile aus PETG. (Bild: CNCKitchen)

Anwendungen für transparente Teile

Transparente oder durchscheinende 3D-gedruckte Teile sind nicht nur wegen ihrer Ästhetik, sondern auch wegen ihrer Funktionalität beliebt. Eine der innovativsten Anwendungen ist die Entwicklung von Prototypen, die es ermöglichen, die interne Funktionsweise von Mechanismen zu beobachten und die Interaktion zwischen beweglichen Teilen oder Flüssigkeiten sichtbar zu machen. Diese Eigenschaft ist auch besonders nützlich bei mikrofluidischen Geräten und bei der Konstruktion optischer Systeme. Beispiele hierfür sind Gehäuse für LED-Leuchten und Lichtleiter, bei denen die Transparenz die Steuerung des Lichtdurchlasses erleichtert. Die beliebteste Verwendung von transparentem 3D-Druck ist für Dekorationsgegenstände. Denn der 3D-Druck von durchscheinenden oder transparenten Teilen ermöglicht es Designern, einzigartige Teile mit glasähnlichen Oberflächen oder Effekten zu schaffen.

Kamera mit einem 3D-gedruckten Objektiv. (Bild: Formlabs)

Transparenz im 3D-Druck ist auch im medizinischen Bereich sehr gefragt, insbesondere um chirurgische Modelle so realistisch wie möglich zu gestalten. Medizinische Fachkräfte können beispielsweise die genaue Anatomie des Patienten und alle Blutgefäße im Inneren eines Organs sehen. Auf diese Weise erhalten sie eine genauere Vorstellung von den möglichen Risiken während einer Operation und sind besser vorbereitet. Dies ist auch eine Möglichkeit, Patienten zu beruhigen: Wenn man ihnen ein transparentes anatomisches Modell zeigt, können sie die inneren Abläufe ihres Körpers besser nachvollziehen.

Der transparente 3D-Druck und der Druck durchsichtiger Teile eröffnen interessante Möglichkeiten für das Design und die Herstellung von Teilen mit hoher optischer Klarheit. Die Wahl der Technologie und des Materials hängt vom jeweiligen Projekt ab. Neben diesen Faktoren bestimmen auch die Verwendung spezifischer Parameter und Nachbehandlungstechniken maßgeblich den Transparenzeffekt.

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