Nachbearbeitung für den industriellen 3D-Druck:Wichtige Trends, die Sie kennen sollten

Die Nachbearbeitung kann einer der Hauptengpässe bei der Nutzung der additiven Fertigung (AM) als industrieller Prozess sein. Jede AM-Technologie erfordert ihre eigenen Nachbearbeitungslösungen, die so weit wie möglich automatisiert werden müssen, um einen tragfähigen Einsatz der Technologie in der Produktion zu ermöglichen.

Glücklicherweise hat die Branche begonnen, sich den Herausforderungen der Nachbearbeitung zu stellen, da immer mehr Unternehmen Lösungen zur Automatisierung und Optimierung des Nachbearbeitungsworkflows einführen.

In dem heutigen Artikel werfen wir einen Blick auf einige der verfügbaren Lösungen für den Polymer- und Metall-3D-Druck und untersuchen, warum die Nachbearbeitung der Schlüssel zu mehr Produktivität mit AM ist.

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Automatisierung der Nachbearbeitung für 3D-gedruckte Polymerteile

Im Bereich des Polymer-3D-Drucks liegt ein starker Fokus auf der Automatisierung der Nachbearbeitungsphase.

Entfernungsverfahren, wie das Entfernen von Trägern, Harzen oder Pulvern, sind die am häufigsten verwendeten Nachbearbeitungsverfahren. Sie werden in der Regel manuell durchgeführt, was viel Zeit und Arbeitsressourcen in Anspruch nimmt.

Diese Phase wird noch komplizierter durch die Tatsache, dass viele Unternehmen mehrere 3D-Drucktechnologien verwenden, von denen jede ihre eigenen Anforderungen an die Nachbearbeitung hat.

Wie können Unternehmen also ihre Nachbearbeitung verbessern, bevor sie beim Hinzufügen weiterer Drucker oder bei der Einführung einer anderen 3D-Drucktechnologie auf Engpässe stoßen?

Unternehmen wie Rösler, PostProcess Technologies, AMT und DyeMansion haben Lösungen entwickelt, die AM-Benutzern dabei helfen, die Nachbearbeitung zu rationalisieren.

Entwicklung einer End-to-End-Nachbearbeitungslösung

Ein Unternehmen, das den Workflow der Nachbearbeitung vereinfachen möchte, ist Additive Manufacturing Technologies (AMT) mit Sitz in Großbritannien.

Das im letzten Jahr auf den Markt gebrachte erste Teileveredelungssystem von AMT, PostPro3D, verwendet einen chemischen Dampfglättungsprozess, bei dem proprietäre Chemikalien angewendet werden, um die Oberfläche eines 3D-gedruckten Polymerteils zu glätten.

Die chemische Lösung versiegelt die Oberfläche und entfernt die Porosität des Teils. Es verhindert auch das Eindringen von Wasser oder Gas und verbessert sogar die mechanischen Eigenschaften.

AMTs Lösung zielt auf Polymerteile ab, die mit Pulverbett- und Extrusionstechnologien hergestellt werden.

Der PostPro3D kann gedruckte Teile mit hochtechnisierten Polymeren wie ULTEM, Nylons, TPU und TPE usw. veredeln. Nach Angaben des Unternehmens sind mehr als 95 Polymere für seine Systeme validiert.

Kürzlich hat das Unternehmen auch eine kleinere und billigere PostPro3D Mini-Einheit auf den Markt gebracht, die sich an Forschungsinstitute und kleinere Servicebüros richtet.

Für die Zukunft plant AMT die Einführung seines Digital Manufacturing Systems, das Entpulverung, Glättung, Färbung und Inspektion kombiniert, um jeden der manuellen Nachbearbeitungsschritte zu automatisieren.

Die VaporFuse-Oberflächentechnologie von DyeMansion

Ein weiteres Unternehmen, das AM-Finishing-Systeme anbietet, ist das deutsche Unternehmen DyeMansion. Im vergangenen Monat stellte das Unternehmen sein neues Powerfuse S-System vor, das auf der VaporFuse Surfacing (VFS)-Technologie basiert, einem geschlossenen, automatisierten Prozess, der glatte, hochglänzende Oberflächen für 3D-gedruckte Teile erzielen kann.

Mit dem VFS-Verfahren behandelte Teile sind zudem wasserabweisend und leicht zu reinigen. Laut DyeMansion ist die Oberflächenqualität eines VFS-Teils vergleichbar mit der von Spritzgussteilen.

Materialtechnisch ist die neue VFS-Technologie von DyeMansion nicht nur mit harten Polymeren wie PA11 oder PA12 kompatibel , aber auch mit flexiblen Materialien wie TPU, deren manuelle Bearbeitung schwierig sein kann.

Um die Messlatte in der Nachbearbeitungsautomatisierung und Digitalisierung höher zu legen, hat DyeMansion auch eine vollautomatische Ladeoption, Konnektivität und Chargenverfolgungsfunktionen in das neue System eingeführt.

Wenn es um die längerfristigen Pläne geht, werden die Powerfuse S Finishing-Plattform – und die VFS-Technologie – in den Print-to-Product-Workflow von DyeMansion integriert. In diesem Workflow kann der VFS-Prozess als zweite (oder zusätzliche) Oberflächenoption neben PolyShot Surfacing (PSS) implementiert werden und kann vom Färbeprozess gefolgt werden.

AM-Lösungen von Rösler

Neben AM-spezifischen Post-Processing-Firmen haben große Unternehmen, die typischerweise traditionelle Industrien bedienen, damit begonnen, Lösungen für AM zu entwickeln.

Ein solches Unternehmen ist die Rösler Gruppe, ein deutscher Spezialist für Oberflächenveredelungslösungen.

Rösler bietet seit über 80 Jahren Dienstleistungen im Bereich Oberflächenveredelung an. Der Mischkonzern bietet ein umfangreiches Portfolio an Gleitschleifsystemen, Strahlanlagen, Verbrauchsmaterialien und Nachbearbeitungslösungen in 15 verschiedenen Niederlassungen.

Das Unternehmen ist im vergangenen Jahr in die 3D-Druckindustrie eingestiegen und hat eine multifunktionale Plattform eingeführt zur Oberflächenveredelung von 3D-gedruckten Teilen, genannt RapidFinish.

In diesem Jahr hat sich das Unternehmen entschieden, seine AM-Aktivitäten, zu denen auch Dienstleistungen gehören, unter der Marke AM Solutions zu bündeln.

Die 3D-Nachbearbeitungsabteilung von AM Solutions bietet Funktionen wie Auspacken, Entfernen von Stützstrukturen, Entfernen von Pulverresten, Oberflächenreinigung, Glätten, Polieren und Färben von 3D-gedruckten Teilen.

Diese Dienstleistungen sind für 3D-gedruckte Metall-, Polymer- und Legierungsteile verfügbar, wobei die Auswahl an Nachbearbeitungsgeräten von AM Solutions verwendet wird. Einige der Maschinen werden von Rösler entwickelt, andere von anderen Anbietern wie PostProcess Technologies und GPA INNOVA.

Die verschiedenen Nachbearbeitungsschritte werden jeweils von einem automatisierten System ausgeführt, das den Benutzern angeblich ermöglicht, um eine hohe Wiederholgenauigkeit und höhere Produktivität zu erreichen.

Rösler vertreibt nicht nur Oberflächenveredelungsmaschinen, sondern passt seine Lösungen auch an spezifische 3D-Drucker an. Im vergangenen Monat gab AM Solutions beispielsweise eine Kooperationsvereinbarung mit HP bekannt. Gemäß der Vereinbarung wird das Unternehmen seine Expertise bei Oberflächenveredelungslösungen nutzen, um diese speziell an die Multi Jet Fusion-Technologie von HP anzupassen.

Nachbearbeitung für 3D-gedruckte Metallteile

Wenn es um die Nachbearbeitung von Metall-3D-Drucken geht, ist der Arbeitsablauf komplizierter als der von Polymeren und erfordert eine Menge Spezialausrüstung. 3D-gedruckte Metallteile müssen von ihrer Bauplatte abgeschnitten und dann wärmebehandelt werden, um die während des Druckprozesses erzeugten inneren Spannungen zu entfernen.

Außerdem erfordern verschiedene Metall-3D-Druckprozesse möglicherweise unterschiedliche Nachbearbeitungen Lösungen. Um beispielsweise Teile nachzubearbeiten, die mit einem Metallbinder-Jetting-3D-Drucker hergestellt wurden, benötigt ein Unternehmen eine zusätzliche Ausrüstung zum Entbindern und Sintern.

Gleichzeitig gibt es weniger Lösungen, die speziell für die Metall-AM-Nachbearbeitung entwickelt wurden. In den meisten Fällen verwenden AM-Anwender die gleichen Nachbearbeitungsgeräte wie für Metallteile, die mit traditionellen Technologien hergestellt werden.

Es gibt jedoch eine vielversprechende Nachbearbeitungslösung für AM, die kann zum Entfernen von Stützen von Metallteilen verwendet werden und kann in einer automatisierten Einstellung glatte Oberflächenstrukturen erzielen.

Das neue Verfahren namens Hirtisation wurde von der österreichischen Firma Hirtenberger Engineered Surfaces entwickelt.

Der Prozess besteht aus drei Schritten. Bei der ersten werden Stützstrukturen und Pulverkuchen vom Teil entfernt und die Oberflächenrauheit wird erheblich reduziert. Im zweiten Schritt wird die Oberflächenrauheit des Teils weiter reduziert, was zu einer Oberflächenqualität führt, die für die meisten industriellen Anwendungen geeignet ist. Der dritte optionale Schritt ist ein Hochglanzpolierprozess, der ein dekoratives, ultra-glattes Finish erzeugt.

Hartisation ist nach Unternehmensangaben für alle im 3D-Druck üblichen Metalle und Legierungen geeignet.

Oerlikon AM, die Einheit, die AM-Dienstleistungen anbietet, ist kürzlich eine Partnerschaft mit Hirtenberger eingegangen, um den Hirtisierungsprozess zu evaluieren.

Oerlikon und Hirtenberger entdeckten in der ersten Phase ihrer Zusammenarbeit, dass mit dem Hirtisation-Verfahren Teile mit Geometrien veredelt werden können, die bisher mit anderen Oberflächenbehandlungsverfahren nur schwer oder gar nicht mehr zu bearbeiten waren.

Die Möglichkeit, extrem komplexe Metallkomponenten effizienter nachzubearbeiten, ist ein großer Vorteil in Branchen, die auf die Gestaltungsfreiheit von AM angewiesen sind. Systeme wie Hirtisation helfen, diesen Vorteil zu erschließen und die weitere Industrialisierung der Technologie zu erleichtern.

Behebung eines Entpuderungsproblems

Bei der pulverbasierten Metall-3D-Druckverarbeitung müssen Benutzer normalerweise das nach dem Druckvorgang verbleibende Pulver entfernen.

Dies ist jedoch keine leichte Aufgabe, denn wenn ein Teil ein komplexes Design hat, besteht die Gefahr, dass das Pulver im Teil eingeschlossen wird. Das Ablösen des Pulvers erfolgt überwiegend manuell, was bei der Nachbearbeitung großer Teilechargen nicht effizient ist.

Um den Prozess zu automatisieren, hat das deutsche Unternehmen Solukon in Zusammenarbeit mit Siemens das System SFM-AT800S zum automatisierten Entpulvern von 3D-gedruckten Teilen entwickelt, die mit der Pulverbettfusionstechnologie hergestellt wurden.

Das Entpulverungssystem ist eine Edelstahlkammer, die Aluminium-, Titan- und Nickelbasislegierungsteile mit Abmessungen bis zu 800 x 400 x 550 mm aufnimmt.

Nachdem ein Teil in die Maschine beginnt der Entpulverungsprozess. Durch kontrollierte Vibrationen, mit weiten Frequenzbereichen und motorisierter Achsenrotation reinigt das System den Metallsinterteil gründlich von jeglichen Metallpulverresten.

Nach dem automatisierten Prozess unterstützt die Maschine auch die manuelle Reinigung mit 6 bar Druckluft oder Inertgas.

Ein solches Verfahren hilft auch, das Restpulver sicher zurückzugewinnen, Verunreinigungen zu vermeiden und für die Weiterverarbeitung vorzubereiten.

Einige 3D-Druckerhersteller sind entwickeln auch Entpulverungslösungen speziell für ihre Maschinen. Anfang des Jahres kündigte Digital Metal, ein Experte für das Metall-Binder-Jetting, eine Automatisierungslösung an, bei der eine CNC-Maschine zum Entfernen von Pulver in der Nachbearbeitung verwendet wird bietet für seine Drucker eine automatisierte Entpuderungsstation an.

Da Metall-3D-Druck zunehmend bei der Herstellung hochkomplexer und komplizierter Teile wie Kraftstoffdüsen und Wärmetauscher eingesetzt wird, wird der Bedarf an automatisierten Entpulverungslösungen weiter steigen.

Letztendlich wird der Wechsel vom manuellen zum automatisierten Entpulvern dazu beitragen, den Arbeitsablauf beim Metall-3D-Druck erheblich zu optimieren, nicht nur durch die Reduzierung der manuellen Arbeitszeit, sondern auch durch die Minimierung von Pulverabfall und Ausschussteilen aufgrund von Pulverrückständen Probleme.

Nachbearbeitung für den 3D-Druck:Ein Schlüssel zu mehr Produktivität

Skalieren und Automatisieren von Nachbearbeitungsvorgängen bleibt eine Herausforderung. Wir sind jedoch optimistisch, dass diese Herausforderung bald der Vergangenheit angehören wird, da mehrere Branchenakteure Lösungen entwickeln, um sie zu meistern.

Von der Supportentfernung über das Entpulvern bis hin zur Oberflächenveredelung und Einfärbung haben AM-Anwender heute mehr Möglichkeiten denn je, ihre Nachbearbeitungsschritte zu optimieren und zu automatisieren.

Letztendlich öffnet die richtige Post-Processing-Infrastruktur die Tür zu einem hohen Maß an Wiederholbarkeit und Produktivität mit AM. Daher muss die Implementierung der Nachbearbeitung eine Priorität für diejenigen sein, die den 3D-Druck für die Produktion übernehmen oder die Technologie in Zukunft intensivieren möchten.