{"id":52911,"date":"2024-01-15T00:01:47","date_gmt":"2024-01-14T23:01:47","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=52911"},"modified":"2024-01-12T10:36:07","modified_gmt":"2024-01-12T09:36:07","slug":"waermebehandlung-im-3d-druck-150120241","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/waermebehandlung-im-3d-druck-150120241\/","title":{"rendered":"W\u00e4rmebehandlung im 3D-Druck: Was Sie dar\u00fcber wissen m\u00fcssen"},"content":{"rendered":"

Die Nachbehandlung<\/a> ist ein Schl\u00fcsselschritt in der additiven Fertigung und wir haben bisher verschiedene Methoden gesehen, die in der Industrie unabh\u00e4ngig vom verwendeten 3D-Druckverfahren eingesetzt werden: Entpudern<\/a>, Entfernen von Tr\u00e4germaterial, Einf\u00e4rben<\/a> usw. Nun ist es an der Zeit, einen weiteren Punkt anzusprechen: die W\u00e4rmebehandlung von 3D-gedruckten Teilen. Je nach den gew\u00fcnschten Ergebnissen, dem verwendeten Material und der bevorzugten Technologie gibt es verschiedene Arten der W\u00e4rmebehandlung. Man spricht von Sintern, Gl\u00fchen bei Metallen, Aush\u00e4rten (Curing) oder hei\u00dfisostatischem Pressen. Der Nachbehandlungsschritt hat ein bestimmtes Ziel: die inneren Spannungen in einem 3D-Druckteil zu reduzieren und seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Je nachdem, welche Technik man w\u00e4hlt, erh\u00e4lt man nat\u00fcrlich unterschiedliche Ergebnisse, aber das Ziel ist es, diese Spannungen, die w\u00e4hrend des Druckvorgangs entstehen k\u00f6nnen, zu beeinflussen. Wir m\u00f6chten Ihnen einen \u00dcberblick \u00fcber die verschiedenen W\u00e4rmebehandlungsmethoden geben, die es bei der additiven Fertigung gibt, und Ihnen die jeweiligen Herausforderungen erl\u00e4utern.<\/p>\n

Bei der additiven Fertigung werden die hergestellten Teile unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt und durchlaufen je nach gew\u00e4hltem Druckverfahren mehr oder weniger starke Aufheiz- und Abk\u00fchlphasen. Diese Phasen wirken sich direkt auf die Teile aus, die dadurch Eigenspannungen aufbauen. Die W\u00e4rmebehandlung nach dem Drucken ist daher von entscheidender Bedeutung, da sie nicht nur diese Spannungen beseitigt, sondern auch die mechanischen Eigenschaften der Teile wie Biegefestigkeit, Duktilit\u00e4t oder Endh\u00e4rte beeinflusst.<\/p>\n

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Verschiedene Ger\u00e4te erm\u00f6glichen die Durchf\u00fchrung von W\u00e4rmebehandlungen bei der additiven Fertigung. (Bild: Markforged)<\/p><\/div>\n

Sintern<\/h3>\n

Das Sintern, auch Sinterung genannt, ist eine der W\u00e4rmebehandlungen, die bei der additiven Fertigung eingesetzt werden k\u00f6nnen. Wir m\u00f6chten Sie darauf hinweisen, dass es sich dabei eher um einen Schritt im Herstellungsprozess als um eine Nachbehandlungsmethode handelt. Sie ist n\u00e4mlich obligatorisch, wenn man Binder Jetting<\/a> oder indirekten 3D-Druck verwendet. Darunter versteht man Verfahren, bei denen Kunststofffilamente mit Metallpartikeln verwendet werden. Durch das Sintern der rohen Druckteile wird das Bindemittel entfernt und die Metallpartikel verfestigen sich untereinander. Dazu ist ein Sinterofen erforderlich, in dem die Temperatur bis knapp unter die Schmelztemperatur des verwendeten Materials erh\u00f6ht wird. Mit dieser Technik werden die urspr\u00fcnglichen Pulverpartikel entfernt, die Porosit\u00e4t der Teile verringert und ihre H\u00e4rte erh\u00f6ht. Sie wird haupts\u00e4chlich bei Metallpulvern oder Keramik angewendet.<\/p>

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Zu ber\u00fccksichtigen ist, dass das fertige Teil schrumpft. Beim Sintern verbinden sich n\u00e4mlich die Materialpartikel miteinander und nehmen den Platz des Bindemittels ein, was die Gr\u00f6\u00dfe Ihres urspr\u00fcnglichen Teils verringert. Diese Verkleinerung liegt in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 15 bis 20 %.<\/p>\n

Aush\u00e4rten von Polymeren<\/h3>\n

Wenn wir uns nun mit Polymeren in der additiven Fertigung besch\u00e4ftigen, gibt es eine Technik, mit der die Teile behandelt und ihre endg\u00fcltigen Eigenschaften verbessert werden k\u00f6nnen. Es handelt sich dabei um den Schritt des Aush\u00e4rtens oder Curing<\/em>. Dieser wird haupts\u00e4chlich beim Harz-3D-Druck<\/a> eingesetzt. Harz besteht aus mehreren Monomeren, die in fl\u00fcssigem Zustand nicht miteinander verbunden sind. Wenn es einer UV-Quelle ausgesetzt wird, verbinden sich genau diese Monomere miteinander, um das gew\u00fcnschte Teil zu bilden. Nach dem Drucken werden jedoch einige Bereiche nicht optimal vernetzt sein, wodurch die Gesamtfestigkeit des gedruckten Bauteils beeintr\u00e4chtigt werden k\u00f6nnte. Hier kann der Schritt des Aush\u00e4rtens interessant sein, da er alle m\u00f6glichen Vernetzungen vornehmen wird.<\/p>\n

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Bild: Formlabs<\/p><\/div>\n

Sobald das Teil erstellt ist, wird es gereinigt, um \u00fcbersch\u00fcssiges, nicht lichtgeh\u00e4rtetes Harz zu entfernen und die St\u00fctzstrukturen zu entfernen<\/a>. Dann kann das Teil in eine geeignete Maschine gelegt werden – in der Regel bieten die Hersteller von Harz-Druckern eine Curing-Station an, so auch Formlabs mit seiner Form Cure-L\u00f6sung. Dabei handelt es sich um eine UV-Kammer, die das gedruckte Teil h\u00e4rtet und ihm seine endg\u00fcltigen Eigenschaften verleiht. Dadurch wird die Zerbrechlichkeit und das Risiko von Br\u00fcchen verringert. Durch das Aush\u00e4rten wird auch die Farbe des Harzes fixiert und die Handhabung sicherer gemacht. Das Ergebnis ist ein langlebigeres Teil, was in vielen Bereichen von entscheidender Bedeutung ist.<\/p>\n

Faktoren wie die Art des verwendeten Harzes oder die Gr\u00f6\u00dfe des Teils haben einen direkten Einfluss auf die W\u00e4rmebehandlung. Je gr\u00f6\u00dfer das Teil ist, desto l\u00e4nger dauert es meist, bis es ausgeh\u00e4rtet ist. Dies ist ein Faktor, den Sie bei Ihrem Herstellungsprozess ber\u00fccksichtigen sollten.<\/p>\n

Gl\u00fchen im 3D-Druck<\/h3>\n

Wie der Name schon sagt, wird bei dieser Methode der W\u00e4rmebehandlung das 3D-Druckteil einer bestimmten Temperatur ausgesetzt, die je nach verwendetem Material h\u00f6her oder niedriger ist. Nach dem Erhitzen wird es allm\u00e4hlich abgek\u00fchlt, um seine Festigkeit zu erh\u00f6hen. Diese Technik wird h\u00e4ufig bei Metallen, aber auch bei Glas angewendet. Auch einige Kunststoffe k\u00f6nnen gegl\u00fcht werden, z. B. PLA<\/a> und PETG<\/a>. Bei anderen Thermoplasten, wie z. B. ABS<\/a>, ist diese Methode nicht geeignet, da die Hitze Warping oder Verformungen verursachen kann.<\/p>\n

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Einige Thermoplaste sind mit dem Gl\u00fchen vereinbar (Bild : UltiMaker)<\/p><\/div>\n

Konkret bedeutet Gl\u00fchen, dass das Material auf eine Temperatur erhitzt wird, die h\u00f6her als seine Kristallisationstemperatur, aber niedriger als sein Schmelzpunkt ist. Bei Polymeren erm\u00f6glicht dies den Molek\u00fclen, sich neu zu organisieren, was die Stabilit\u00e4t des fertigen Teils verbessert. Bei Metallen bietet das Gl\u00fchen den Partikeln die M\u00f6glichkeit, durch Rekristallisation ihre Gr\u00f6\u00dfe zu vergr\u00f6\u00dfern. In beiden F\u00e4llen hat die Dauer des Gl\u00fchens einen Einfluss auf die Struktur Ihres Endprodukts: Je l\u00e4nger es der Hitze ausgesetzt ist, desto mehr wird sich seine Struktur ver\u00e4ndern. So kann man z. B. nach dem Gl\u00fchen kleinere Kunststoffteile erhalten, da die Hitze das Schrumpfen beschleunigt. Dies ist ein wichtiger Punkt, den Sie bereits bei der Konstruktion Ihres Teils ber\u00fccksichtigen sollten.<\/p>\n

Beachten Sie, dass das Gl\u00fchen beim 3D-Metalldruck die Duktilit\u00e4t der erstellten Teile und ihre Festigkeit verbessern wird. Diese Technik wird vor allem bei Stahl angewendet.<\/p>\n

Methoden zur W\u00e4rmebehandlung von Metallen<\/h3>\n

Wir wollen unseren Leitfaden mit einigen zus\u00e4tzlichen W\u00e4rmebehandlungsmethoden abschlie\u00dfen, die speziell f\u00fcr Metalle verwendet werden. Als Erstes k\u00f6nnen wir das hei\u00dfisostatische Pressen<\/strong> oder Hot isostatic pressing<\/em> (HIP) nennen. Es kombiniert sehr hohe Temperaturen mit einem isostatischen Druck eines Inertgases, die, wenn sie gleichzeitig angewendet werden, die Dichte eines Teils und seine Festigkeit erh\u00f6hen. Konkret bedeutet das, dass wir unser Teil in einen Hochdruck-Sicherheitsbeh\u00e4lter einschlie\u00dfen, der dieser Kombination aus Hitze und Druck ausgesetzt wird. Dadurch werden alle inneren Hohlr\u00e4ume beseitigt und die restliche Porosit\u00e4t entfernt. Sie sollten wissen, dass diese Technik auch mit Keramik kompatibel ist.<\/p>\n

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Der HIP-Tank wird \u00fcber dem 3D-gedruckten Teil installiert. (Bild: Bodycote)<\/p><\/div>\n

Man kann 3D-gedruckte Metallteile auch durch Abschrecken<\/strong> verst\u00e4rken: Dabei wird das Teil auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt und dann sehr schnell wieder abgek\u00fchlt. Dadurch wird die Mikrostruktur des Bauteils beeinflusst. Beim Abschrecken muss meist eine Fl\u00fcssigkeit verwendet werden, um das Teil zu k\u00fchlen.<\/p>\n

Es gibt noch weitere W\u00e4rmebehandlungsmethoden, die heutzutage mit der additiven Fertigung kompatibel sind, die Liste ist nicht vollst\u00e4ndig. Aber Sie haben nun einen guten \u00dcberblick \u00fcber die verf\u00fcgbaren Techniken und ihre Bedeutung! Denken Sie daran, bereits in der Entwurfsphase bestimmte Parameter zu ber\u00fccksichtigen, wie z. B. die Entnahme von Teilen.<\/p>\n

Mit welchen W\u00e4rmebehandlungen haben Sie bereits Erfahrungen gemacht? Lassen Sie uns gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook<\/a>\u00a0oder\u00a0LinkedIN<\/a>\u00a0mit. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt f\u00fcr unseren\u00a0w\u00f6chentlichen Newsletter<\/a>.<\/p>\n

*Titelbildnachweis: Mark3D<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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