Reinigung – ein wichtiger Schritt der Nachbearbeitung im 3D-Druck

Nach einem kurzen Überblick über die Nachbearbeitung im 3D-Druck ist es an der Zeit, noch tiefer in das Thema einzusteigen, beginnend mit einem der ersten Schritte, der unmittelbar nach dem Druck erfolgt. Dabei handelt es sich um die Reinigung des Teils, die sowohl die Entfernung von Druckträgern als auch die Entfernung von überschüssigem Material umfasst. Und natürlich kann dieser Reinigungsschritt verschiedene Formen annehmen, die unter anderem von der additiven Fertigungstechnologie oder dem verwendeten Material abhängen. Wir können zum Beispiel auf die Entpuderung bei Pulverbettverfahren oder auf die Spülung bei Harztechnologien verweisen. Schauen wir uns diese verschiedenen Methoden genauer an, um die möglichen Schwierigkeiten zu verstehen, die bei der Reinigung in der Nachbearbeitung nach der Verarbeitung auftreten können.

Unabhängig vom 3D-Druckverfahren sind häufig Nachbearbeitungsschritte erforderlich, sobald der 3D-Drucker seine Arbeit beendet hat. Entfernen von Trägern, Entwachsen, Wärmebehandlung, Oberflächenbearbeitung, Lackierung usw. Die Nachbearbeitung wird oft als zeitaufwändig angesehen und ist in der Regel nicht automatisiert, wobei es immer mehr Lösungen gibt, die diese noch sehr manuelle Arbeit übernehmen. Die Reinigung ist zweifellos einer der Schritte in der Nachbearbeitung, der immer noch zu viel Zeit in Anspruch nimmt und dessen Fallstricke schwer zu überwinden sind.

Bild: Matterhackers

Entfernen von überschüssigem Material

Ungehärtetes Harz entfernen

Bei Harzverfahren ist nach dem 3D-Druck eine Reinigung erforderlich, um das überschüssige Material zu entfernen, das nicht photopolymerisiert werden konnte, damit es sich nicht auf der Oberseite des Modells verfestigt. Dies nennen wir Spülung. Dies ist ein heikler Schritt, da er das bereits ausgehärtete Teil beeinträchtigen kann. Um diesen Schritt zu erleichtern, sind auf dem Markt mehrere Maschinen erhältlich: im Wesentlichen handelt es sich dabei um Behälter, in die der Benutzer seine Teile legen kann. Außerdem bieten die Hersteller von 3D-Harzdruckern oft eigene Geräte an, wie z. B. den Form Wash von Formlabs. Für die Reinigung Ihres Teils werden normalerweise Chemikalien wie Isopropylalkohol (IPA) oder Tripropylenglykolmonomethylether (TPM) verwendet. Achten Sie dabei auf die Sicherheit des Bedieners: Die empfohlene Schutzausrüstung muss getragen werden.

Entpulvern, ein wesentlicher Nachbearbeitungsschritt

Additive Fertigungsverfahren, bei denen Pulver verwendet wird, erfordern einen Nachbearbeitungsschritt, das so genannte Entpulvern. Dabei wird (wie der Name schon sagt) das überschüssige Pulver, das das Teil nach dem Druck umgibt, entfernt. Die Bedeutung dieses Schritts kann je nach Technologie unterschiedlich sein: Beim SLS-Verfahren beispielsweise werden die gedruckten Teile in einem so genannten „Druckkuchen“ eingekapselt. Nachdem die Pulverschale je nach verwendetem Polymer lange genug abgekühlt ist, muss der Benutzer das Pulver entfernen, um die Teile zu erhalten. Dieser Schritt kann manuell erfolgen, wobei zu beachten ist, dass der Benutzer in diesem Fall mit Handschuhen und einer Maske ausgestattet sein muss, um die Pulverpartikel nicht einzuatmen. Heutzutage bieten die meisten SLS-Maschinen spezielle Pulverrückgewinnungsstationen an, die diese Arbeit des Absaugens, aber vor allem das Recycling des ungesinterten Materials erleichtern. Es ist in der Tat möglich, dieses Pulver zurückzugewinnen und es mit „neuem“ Pulver für den nächsten Druck zu mischen.

Bild: 3D Logics

Nach der Entnahme der Teile verfeinern wir den Entpuderungsprozess, indem wir das überschüssige ungesinterte Material mit einer Bürste entfernen. Bei größeren Produktionsvolumina raten wir Ihnen jedoch, in eine Entpuderungslösung zu investieren, die es Ihnen ermöglicht, diesen Schritt zu automatisieren und Ihre Zeit einer anderen Aufgabe zu widmen, vor allem aber, um schwer zugängliche Bereiche aufzusuchen (je nach Geometrie Ihrer Teile). Derzeit gibt es mehrere Arten von Maschinen mit unterschiedlichen Technologien. Eine der gängigsten ist jedoch das Sandstrahlen. Je nach Ihrem Budget, aber auch je nach den Zwängen Ihres Arbeitsumfelds, haben Sie Zugang zu mehr oder weniger angepassten und effizienten Lösungen. Einige Sandstrahler verfügen über eine rotierende Trommel und eine Druckluftpistole, andere sind lediglich mit einem Staubsauger und einer Sandstrahlkabine ausgestattet.

Durch den Einsatz automatisierter Entlötungslösungen kann der Bediener außerdem einige Fallstricke vermeiden. Die manuelle Reinigung der Nachbearbeitung der Teile kann nämlich zu Unregelmäßigkeiten bei der Entlötung, zum Auftreten von Fingerabdrücken auf dem Teil oder sogar zu Verbrennungen führen, wenn die Teile zu lange oder zu dicht dem Druck ausgesetzt sind.

Entfernen der Druckstützen

Sobald wir ein gereinigtes Teil ohne überschüssiges Material haben, können wir die Träger, falls verwendet, entfernen. Beachten Sie, dass diese Schritte nicht für Polymer-Pulverbettlösungen (SLS, MJF, SAF) gelten, da das Pulver bereits als Träger dient. Außerdem können Sie je nach gewähltem Druckverfahren und der Geometrie des Teils direkt zu diesem Nachbearbeitungsschritt übergehen, ohne Ihr Teil vorher zu reinigen – zum Beispiel bei der Verwendung von FDM.

Oftmals unverzichtbar – z. B. um auskragende Bereiche zu stützen – werfen Druckstützen dennoch die Frage auf: „Wie geht es weiter?“ Sobald das Teil aus der Maschine kommt, müssen sie entfernt werden, ein Schritt, der schwierig sein kann. In der Tat gibt es heute mehrere Methoden zur Entfernung der Stützen, die von der Komplexität des Teils, dem verwendeten Material oder den Möglichkeiten des Anwenders abhängen. Beginnen wir mit der manuellen Entfernung dieser Stützen: Dies kann direkt mit den Fingern geschehen (wenn die Stützen leicht zu entfernen sind und es nur wenige gibt) oder mit Hilfe von Werkzeugen wie einer Schneidzange oder einem kleinen Messer oder Cutter. Wir sprechen hier von Polymerträgern. Vergessen Sie auch nicht, dass Sie jeden Kontaktpunkt abschneiden müssen. Das ist eine sorgfältige Arbeit, denn es besteht die Gefahr, dass das fertige Teil beschädigt wird.

Die Verwendung einer Schneidzange ist üblich, um Druckträger zu entfernen (Bild: Formlabs)

Wenn Sie lösliche Druckträger verwendet haben, besteht eine zweite Technik darin, Ihr Teil in Wasser oder in eine chemische Lösung zu tauchen (bei HIPS bevorzugen wir z. B. Limonen, während PVA sich in Wasser auflöst). Es gibt Maschinen für die Entfernung von Kunststoffträgern, die diesen Schritt automatisieren und äußerst präzise Ergebnisse liefern.

Für 3D-Druckmedien aus Metall schließlich werden meist CNC-Maschinen wie z. B. eine Fräsmaschine benötigt. Es ist auch möglich, Techniken wie das Drahtschneiden zu verwenden.

Haben Sie bereits Erfahrungen mit der Reinigung im Zuge der Nachbearbeitung gemaht? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder LinkedIN  mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.

*Titelbildnachweis: Spengler