Das chemische Dampfglätten oder auch Vapor Smoothing ist eine gängige Nachbearbeitungstechnik für Teile, die mittels SLS-3D-Druck (selektives Lasersintern) hergestellt wurden. Es verringert deren Porosität und Rauheit und verbessert damit sowohl Optik als auch Haptik der Teile. Mithilfe von chemischer Dampfglättung erreichen SLS-Teile eine vergleichbare Oberflächenqualität und Haltbarkeit wie Spritzgussteile, wodurch sie sich für die Endverwendung eignen.
Formlabs hat mit Additive Manufacturing Technologies (AMT) kollaboriert, um die Ergebnisse des Dampfglättens an 3D-gedruckten Teilen aus dem Formlabs-SLS-Drucker Fuse 1+ 30W zu testen. Es wurden Teile aus unseren beliebtesten SLS-Pulvern geprüft: Nylon 12 Powder, Nylon 11 Powder, TPU 90A Powder, Nylon 11 CF Powder und Nylon 12 GF Powder.
Wenn Sie mehr erfahren und die vollständigen Ergebnisse unserer Tests einsehen möchten, laden Sie gern unser Whitepaper herunter.
Steigerung der Oberflächenqualität von SLS-Druckteilen durch Dampfglättung: Eine gemeinsame Studie von Formlabs und AMT
In diesem Whitepaper untersuchen wir das Verfahren und die Vorteile des Dampfglättens bzw. Vapor Smoothing und demonstrieren Ergebnisse aus Tests mit Formlabs-SLS-Pulvern und der chemischen Dampfglättungsanlage von AMT.
Was ist chemische Dampfglättung?
Dampfglättung oder Vapor Smoothing ist ein chemisches Verfahren, bei dem die Oberfläche von SLS-3D-Druckteilen einem verdampften Lösungsmittel ausgesetzt wird. Bei diesem Prozess wird die Teiloberfläche durch eine Kombination aus Hitze und Lösungsmitteldampf selektiv geschmolzen, sodass eine glattere, versiegelte Oberfläche entsteht.
Das Verfahren wirkt sich vor allem auf die äußersten Schichten eines Teils aus, während der Kern intakt bleibt. Die Genauigkeit des Dampfglättungsprozesses wird kontrolliert, indem die Bedingungen innerhalb der Prozesskammer angepasst werden, um das gewünschte Oberflächenfinish zu erreichen. Hierfür werden vom Hersteller der Dampfglättungsanlage häufig individuelle Einstellungsprofile bereitgestellt.
Die chemische Dampfglättung ist die ideale Lösung, um sowohl Oberflächen zu glätten als auch Aufmerksamkeit auf entscheidende Oberflächendetails zu ziehen, wenn Teile in Konsumgütern oder individuellen Medizinprodukten eingesetzt werden.
Was sind die Vorteile des Vapor Smoothing beim SLS-3D-Druck?
Das Dampfglätten bietet für SLS-3D-gedruckte Teile unter anderem folgende Vorteile:
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Oberflächenrauheit und Farbgleichmäßigkeit:
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Formlabs und AMT stellten eine Verringerung der durchschnittlichen Oberflächenrauheit (Ra) um ca. 72–81 % fest, nachdem die aus Formlabs-SLS-Pulvern gedruckten Teile dampfgeglättet wurden.
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Vorbeugung von Bakterienwachstum und Feuchtigkeitsaufnahme:
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Formlabs und AMT stellten eine 60%ige Reduktion des Wachstums von MRSA-Bakterien auf Teilen aus Nylon 12 Powder fest.
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Anwendung ohne Einsehbarkeit:
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Der Dampfglättungsprozess interagiert mit allen Oberflächen des Teils gleichermaßen, einschließlich solchen, die nicht unmittelbar einsehbar sind. Damit bietet es einen entscheidenden Vorteil gegenüber anderen Beschichtungsverfahren.
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Erhalt mechanischer Eigenschaften:
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Formlabs und AMT ermittelten lediglich eine geringfügige Varianz der mechanischen Eigenschaften, was bedeutet, dass die Vorteile des Vapor Smoothing – also die verbesserte Ästhetik und Oberflächenbeschaffenheit – ausgenutzt werden können, ohne die funktionale Leistung oder Strukturintegrität eines Teils zu beeinträchtigen.
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Das Dampfglätten ist eine ideale Lösung, um die Oberflächenqualität und Ästhetik von Konsumgütern zu verbessern, wie bei dieser individualisierten Parfumflasche.
Die chemische Dampfglättung eignet sich gut für Teile mit dünnen Wänden, da sie die strukturelle Integrität fast überhaupt nicht beeinflusst.
Wie Sie SLS-3D-gedruckte Teile dampfglätten
Für Unternehmen, die SLS-Teile in größeren Stückzahlen fertigen, insbesondere für die Endverwendung, kann sich die Anschaffung eigener Ausrüstung für das chemische Dampfglätten lohnen. Derzeit gibt es zwei maßgebliche Hersteller von Ausrüstung für das Vapor-Smoothing-Verfahren: AMT und DyeMansion. Beide Unternehmen verkaufen sowohl Geräte als auch Verbrauchsmaterialien für das Dampfglätten. Der Preis der Geräte variiert abhängig von ihrer Größe, dem Durchsatz und dem Materialtyp, beginnt jedoch typischerweise bei etwa 100 000 €, wobei Finanzierungsoptionen verfügbar sind.
Zudem gibt es auch zahlreiche zuverlässige Fertigungsdienstleister und Drittanbieter, die die chemische Dampfglättung von SLS-3D-gedruckten Teilen als Service anbieten. Laden Sie für konkrete Empfehlungen unser Whitepaper herunter.
Erwägungen vor dem Dampfglätten
Wenn Sie den Prozess des Dampfglättens selbst durchführen, ist es wichtig, die Designmerkmale und Prozessparameter zu berücksichtigen.
Dampfglättungsprofile
Jedes Vapor-Smoothing-Unternehmen und jede Dampfglättungsanlage verfügt über individuelle Parameter und Lösungsmittel, die zum Glätten der Druckteile eingesetzt werden. Die Parameter, die am häufigsten angepasst werden müssen, sind Temperatur und Druck. Weiterhin wird vom Hersteller der Dampfglättungsanlage ein Profil für jedes SLS-Material angelegt, um die bestmögliche Qualität zu gewährleisten. In einem gemeinsamen Projekt haben Formlabs und AMT spezialisierte Geräteprofile entwickelt, die speziell auf alle SLS-Materialien von Formlabs abgestimmt sind. Wenden Sie sich direkt an AMT, um Zugriff auf diese speziell entwickelten Profile zu erlangen.
Teilgeometrie
Die Teilgeometrie, beispielsweise die Wandstärke und die gesamte Druckteilgröße, kann sich auf den Dampfglättungsprozess auswirken und sollte in den Profileinstellungen für die Dampfglättung berücksichtigt werden. So bietet AMT beispielsweise Profile für dünne Teile aus Nylon 12 Powder (unter 2 mm Wandstärke) wie auch für dicke Teile aus Nylon 12 Powder (über 3 mm Wandstärke).
Befestigung und Abdrücke
Während des chemischen Dampfglättens müssen die Teile an einem Metalldrahtgestell aufgehängt werden. Sie benötigen daher eine Geometrie, die das Befestigen eines Drahts oder Clips ermöglicht. Die entstehenden Abdrücke sind zwar minimal, doch sie lassen sich komplett vermeiden, indem Sie einen Verbindungspunkt in das 3D-Design einfügen, sodass alle Teile in der Designphase miteinander verbunden werden.
Lösungsmittelansammlungen
Um zu verhindern, dass sich das Lösungsmittel in Vertiefungen ansammelt, wird empfohlen, Teile so aufzuhängen, dass Vertiefungen nach unten gerichtet sind, sodass das Lösungsmittel ablaufen kann. Alternativ sollte in Betracht gezogen werden, derartige Merkmale nach Möglichkeit aus dem Design zu entfernen.
Überlegungen zur Sicherheit und Einrichtung
AMT stellt einen umfassenden Leitfaden zur Standortvorbereitung für alle Geräte des Typs PostPro SF bereit, um sicherzustellen, dass die Installation und der Betrieb der Dampfglättungsanlage mit den Sicherheitsstandards konform sind. Der Leitfaden umfasst auch wichtige Schulungen zur Sicherheit und Handhabung, was ein entscheidender Schritt zur Minimierung potenzieller Risiken ist. Um mehr über die Empfehlungen von Formlabs und AMT zu erfahren oder die vollständigen Ergebnisse unserer gemeinsamen Tests zur Oberflächenporosität, antibakteriellen Eigenschaften und Feuchtigkeitsaufnahme einzusehen, laden Sie unser Whitepaper herunter.
Kosten des Dampfglättens
Die Kosten des Dampfglättens sind von mehreren Faktoren abhängig – unter anderem von der Größe des Teils, dem verwendeten Material, der Komplexität der Teiloberfläche und der Stückzahl. Für gewöhnlich sind die Kosten des Dampfglättens etwa proportional zur Größe und Anzahl der Teile. In den folgenden Beispielszenarien wird das Druckteil vom Kunden 3D-gedruckt und an Avid Product Development versandt, einen Fertigungsdienstleister in Colorado, USA, der die Dampfglättung übernimmt:
| Teil | Orthopädische Einlage | Brillenfassung | Uhrenarmband |
|---|---|---|---|
| Material | Nylon 11 Powder | Nylon 12 Powder | TPU 90A Powder |
| Abmessungen des Modells (mm) | 157 x 23 x 80 | 144 x 36 x 47 | 262 x 13 x 37 |
| Stückzahl | 50 | 80 | 50 |
| Kosten des gesinterten Pulvers (pro Teil) | 3,98 $ | 0,62 $ | 2,98 $ |
| Kosten der Dampfglättung (pro Teil) | 0,98 $ | 0,49 $ | 0,78 $ |
| Gesamtkosten pro Teil | 4,96 $ | 1,11 $ | 3,66 $ |
Anwendungen für dampfgeglättete SLS-Teile
Viele Ingenieur*innen, Herstellungs- und Produktentwicklungsunternehmen stützen sich auf das Dampfglätten, um die Optik und die Eignung ihrer SLS-3D-Druckteile für die Endverwendung zu steigern. Je weitläufiger der SLS-3D-Druck in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen eingesetzt wird, desto mehr wird auch das Vapor Smoothing zum bedeutenden Teil des SLS-Arbeitsablaufs.
Vapor Smoothing kann Automobilbauteile wie diesen flexiblen, SLS-3D-gedruckten Zylinder optimieren.
Brillengestelle können einen höheren Tragekomfort bieten, wenn sie dampfgeglättet wurden.
SLS-3D-gedruckte orthopädische Einlagen können dampfgeglättet werden, um ihren Tragekomfort und ihre Ästhetik zu verbessern.
Komponenten für die Automobilindustrie
Das Dampfglätten kann dazu dienen, die Oberflächenqualität und Haltbarkeit von Automobilkomponenten wie Ansaugkrümmern, Motorgehäusen und Armaturenkomponenten zu verbessern. Die reduzierte Flüssigkeits- und Lösungsmittelaufnahme stellt auch einen Vorteil für Automobilbauteile dar, die Kontakt mit Lösungsmitteln wie Benzin und Dieselkraftstoff haben, da das Dampfglätten die Oberfläche versiegelt und damit die Aufnahme von Flüssigkeiten und Gasen verringert.
Medizinprodukte
Der SLS-3D-Druck ist bei der Produktion von Medizinprodukten heute weitläufig verbreitet. Durch das chemische Dampfglätten kann die Oberflächengüte von Teilen wie Prothesen, Orthesen und Bauteilen für Medizinprodukte verbessert werden, während die Biokompatibilität des Basismaterials erhalten bleibt. Die Dampfglättung erzielt zudem eine erhebliche Verringerung der Oberflächenreibung, die bei Orthesen für Patient*innen fühlbar ist, und reduziert das Potenzial für Bakterienwachstum.
Konsumgüter
Mithilfe des Dampfglättens lässt sich auch die Optik von Konsumprodukten wie Telefonhüllen, Brillenrahmen, Gaming-Zubehör oder anderen Elektronikkomponenten auf das Niveau einer Oberfläche der Kategorie Class A oder B aufwerten. Der Glanz der Oberfläche kann durch diesen Prozess in gewissem Maße ebenfalls kontrolliert werden, durch das Erzielen glänzender oder halbmatter Oberflächen. Um die bestmögliche Ästhetik zu erreichen, sollte eine abschließende Beschichtung des dampfgeglätteten Teils in Betracht gezogen werden, etwa eine Cerakote-Beschichtung auf steifen SLS-Materialien oder eine Beschichtung mit BASF Ultracur3D Coat F auf TPU 90A Powder.
Legen Sie los mit Vapor Smoothing
Wie die Testergebnisse in unserem Whitepaper zeigen, lässt sich durch chemische Dampfglättung die Porosität, die Antibakterialität, die Feuchtigkeitsabsorption und die Ästhetik von Teilen verbessern.
Um mehr über den Arbeitsablauf beim SLS-3D-Druck zu erfahren und sich darüber beraten zu lassen, ob SLS-Druck und Vapor Smoothing die richtige Lösung für Sie sind, kontaktieren Sie unser Team. Um eine Dampfglättungsanlage von AMT zu erwerben, besuchen Sie die Website des Unternehmens.
