Wie setzt man 3D-gedruckte Teile am Besten zusammen?

Mit dem 3D-Druck lassen sich einfach komplexe Objekte herstellen. Um jedoch das volle Potential der Technologie auszuschöpfen, muss ein Druckobjekt manchmal in mehrere separate Teile zerlegt werden. Diese Methode nutzt man z.B., um ein größeres Druckvolumen auf einem kleineren Drucker zu ermöglichen, verschiedene Materialien zusammenzufügen, komplexe Geometrien zu realisieren, Stützstrukturen zu vermeiden oder die mechanische Leistung eines Bauteils zu optimieren. Kurz gesagt: das Zerteilen von Druckobjekten in mehrere kleine Druckprojekte ist eine immens nützliche Technik in der additiven Fertigung. Im Folgenden zeigen wir Ihnen wie die Zusammensetzung 3D-gedruckter Teile funktioniert.

Doch wie fügt man die einzelnen Bauteile nun wieder zusammen? Das hängt von mehreren Faktoren ab: der Art des verwendeten Materials (PLA, ABS, PETG, Harz usw.), der gewünschten mechanischen Festigkeit, der Ästhetik, der Möglichkeit einer späteren Demontage sowie der endgültigen Anwendung des Objekts. In diesem Leitfaden präsentieren wir Ihnen die wichtigsten Verbindungsmöglichkeiten, die für die additive Fertigung geeignet sind, ihre Kompatibilität mit anderen Druckmaterialien und vielem mehr!

Die verschiedenen Möglichkeiten, 3D-gedruckte Teile zusammenzusetzen

Kleben

Das einfache Zusammenkleben der Bauteile ist wohl die einfachste Lösung. Es ist jedoch wichtig, den für das jeweilige Material geeigneten Klebstoff zu verwenden.

Die am häufigsten verwendeten Klebstoffe sind:

• Cyanacrylat (Sekundenkleber): Dieser Sofortkleber eignet sich ideal für PLA und Harz. Er bietet eine schnelle und saubere Verbindung, aber seine mangelnde Flexibilität kann bei Teilen, die mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, problematisch sein. Einige Sekundenkleber hinterlassen beim Trocknen weiße Rückstände, daher sollten sie besser an unsichtbaren Stellen verwendet und nicht im Übermaß aufgetragen werden. Ein Sprühaktivator kann das Aushärten beschleunigen und die Montage erleichtern.
• Epoxidharz: Dieser Klebstoff ist sehr widerstandsfähig und eignet sich für ABS, PETG und Harz. Der Zweikomponenten-Klebstoff härtet durch eine chemische Reaktion aus und bietet eine feste Verbindung. Allerdings kann er beim Aushärten Wärme erzeugen, wodurch dünne Teile verformt werden können.
• PVC-Kleber: Er wird hauptsächlich für ASA und ABS verwendet und ermöglicht eine teilweise Verschmelzung der Oberflächen, wodurch eine festere Verbindung als bei einer einfachen Oberflächenverklebung entsteht.
• Spezielle Klebstoffe: Polyurethan-, Neopren- und Schmelzkleber werden manchmal für flexible oder temporäre Verbindungen verwendet.

Bestimmte Techniken ermöglichen es, Teile durch teilweises Verschmelzen des Materials miteinander zu „verschweißen“.

• Chemisches Schweißen: Durch die Verwendung von Lösungsmitteln wird die Oberfläche der Teile leicht aufgelöst und sie werden miteinander verschmolzen. Aceton wird häufig für ABS verwendet, während andere Lösungsmittel für ASA und PVC geeignet sind. Diese Methode sorgt für ein sauberes und unsichtbares Finish, sobald die Schweißnaht ausgehärtet ist.
• Thermisches Schweißen: Bei dieser Technik wird eine Wärmequelle wie eine Heißluftpistole, ein Lötkolben oder ein Reibschweißgerät verwendet. Mit einem Lötkolben kann der Kunststoff lokal geschmolzen und die Teile miteinander verbunden werden, während beim Reibschweißen ein rotierendes Element (z. B. eine Filamentstange) zum Erhitzen und Verschweißen der Oberflächen durch Reibung verwendet wird.
• Ultraschallschweißen: Diese Technik wird hauptsächlich in der Industrie eingesetzt und nutzt hochfrequente Ultraschallschwingungen, um Teile miteinander zu verschmelzen. Sie eignet sich besonders für Thermoplaste wie ABS.

Mechanische Montage

Für Teile, die eine lösbare Befestigung oder eine hohe mechanische Festigkeit erfordern, ist eine simple mechanische Verbindung die ideale Option.

• Schrauben und Bolzen: Durch das Hinzufügen von Gewindebohrungen oder das Einfügen von erhitzten Messingeinsätzen lassen sich feste sowie wieder lösbare Befestigungen herstellen. Die Gewinde können direkt modelliert oder nach dem Druck geschnitten werden.
• Klammern und Nieten: Diese Lösung eignet sich für dauerhafte Verbindungen und wird häufig für dünne Teile verwendet, die einen dauerhaften Halt erfordern.
• Magnete, Dichtungen und Schnappverschlüsse: Durch das Hinzufügen von Magneten in gedruckten Gehäusen (diese können während des 3D-Druckvorgangs in das Teil integriert werden) lassen sich praktische und demontierbare Befestigungen herstellen. Schnappverschlüsse sind ebenfalls eine effektive Option, da sie die Flexibilität bestimmter Kunststoffe nutzen, um eine mechanische Verriegelung ohne Klebstoff zu erzielen. Durch die Integration von Schwalbenschwänzen, anderen Verbindungen oder Scharnieren können Teile ohne Klebstoff oder Schrauben zusammengefügt werden.

Chemische Bindungen und Materialverschmelzungen

Bei einigen Techniken werden chemische Mittel oder zusätzliche Materialien verwendet, um die Verbindung zwischen den Teilen zu verstärken.

• UV-Harze: UV-Harze eignen sich ideal für SLA/DLP-Drucke und ermöglichen die Herstellung solider und präziser Verbindungen, indem eine kleine Menge flüssiges Harz zwischen die Teile aufgetragen und anschließend unter UV-Licht ausgehärtet wird.
• Heißschmelzen mit kompatiblem Filament: Bei dieser Technik wird geschmolzenes Filament verwendet, das mit einem 3D-Stift aufgetragen werden kann, um eine robuste Verbindung zu schaffen, ähnlich wie beim Thermoschweißen.

Tipps für eine erfolgreiche Montage

Bevor zwei Teile miteinander verklebt werden, müssen die Kontaktflächen unbedingt gereinigt und abgeschliffen werden. Durch das Abschleifen wird die Rauheit der Oberfläche erhöht, wodurch sowohl die Kontaktfläche als auch die Kapillarität des Klebstoffs verbessert werden. Dadurch kann der Klebstoff besser eindringen und haftet effektiver – die Verbindung wird dadurch besonders stark.

Wenn die Ausrichtung der Teile vor dem Zusammenfügen vernachlässigt wird, kann dies zu strukturellen und optischen Mängeln führen, die nach dem Trocknen des Klebers nur schwer zu beheben sind. Es ist daher äußerst wichtig, sich vor dem Verkleben Zeit für die richtige Positionierung der Teile zu nehmen. Die Verwendung von Schablonen oder Montagehilfen kann die Ausrichtung erheblich vereinfachen.

Um die Haftung zu maximieren, sollte der Klebstoff auch aushärten können, indem die Teile mit Klammern oder einem Gewicht unbeweglich und unter Druck gehalten werden.

Es ist ebenfalls ratsam, dünne Klebstoffschichten aufzutragen, da ein Überschuss zu sichtbaren Überständen führen und die Festigkeit der Verbindung beeinträchtigen kann.

Beim Drucken von Teilen ist es wichtig, die Ausrichtung der Schichten zu berücksichtigen. Die Schwachstellen eines 3D-Drucks befinden sich oft zwischen den Schichten, was die Festigkeit der Verbindung beeinträchtigen kann. Es empfiehlt sich, die Ausrichtung der Teile anzupassen, um diese Schwachstellen zu minimieren.

Die Verwendung eines Klebstoffs, der mit dem gedruckten Material nicht kompatibel ist, kann die Haftung erheblich beeinträchtigen und die Verbindung unwirksam machen. Es ist deswegen wichtig, den Klebstoff entsprechend dem verwendeten Kunststoff sorgfältig auszuwählen.

Eine schlecht angepasste oder zu starre Verriegelung kann das Teil bei der Montage beschädigen, insbesondere wenn das Material nicht flexibel genug ist. Es wird empfohlen, die Toleranzen an Prototypen zu testen und die Druckparameter entsprechend anzupassen.

Schließlich geben bestimmte Klebstoffe und Harze beim Aushärten Wärme ab, was zu einer Verformung der gedruckten Teile führen kann. Es wird daher empfohlen, die Wirkung des Produkts vor der Endmontage an einem Muster zu testen.

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