Vibrationsgleitschleifen von Teilen aus dem SLS-3D-Drucker

Das Vibrationsgleitschleifen ist eine etablierte Methode zur Steigerung der Oberflächenhärte und Glätte verschiedener Materialien. Traditionell wird es bei Metallteilen angewandt, um diese nach dem Zerspanen oder Pressen zu entgraten, doch viele Hersteller nutzen das Vibrationsgleitschleifen heute auch als wichtigen Nachbearbeitungsschritt bei 3D-gedruckten Teilen. 

Gerade bei Teilen, die mit SLS-3D-Druck (selektives Lasersintern) hergestellt wurden und oft eine leicht körnige Oberfläche aufweisen, kann das Vibrationsgleitschleifen dabei helfen, Teile für die Endverwendung oder die reibungslose Integration in Funktionsbaugruppen vorzubereiten. 

In diesem Leitfaden erhalten sie eine Einführung in das Vibrationsgleitschleifen von SLS-3D-gedruckten Teilen. Sehen Sie sich unser Webinar an, um die vollständigen Ergebnisse unseres Vergleichs von Gleitschleifanlagen und unsere Testergebnisse kennenzulernen sowie tiefer in den Arbeitsprozess einzusteigen.

In einer Vibrationsgleitschleifanlage wird ein Granulat kleiner Schleifkörper (typischerweise Metall, Keramik, Kunststoff oder organische Materialien wie Walnussschalen) zusammen mit den Werkstücken in Bewegung gebracht, sodass die Oberfläche der Teile durch die Reibung geglättet und ihre Härte gesteigert wird. Gleitschleifanlagen finden aufgrund ihrer praktischen Größe, des erschwinglichen Preises und ihrer zahlreichen Vorteile ohne zusätzlichen Arbeitsaufwand weitläufig Anwendung.

Das Vibrationsgleitschleifen bietet zwei wesentliche Vorteile für den 3D-Druck: gesteigerte Funktionalität und verbesserte Ästhetik. Durch die Verringerung der Oberflächenrauheit können bewegliche Bauteile mit einem geringeren Reibungskoeffizienten arbeiten, weshalb das Vibrationsgleitschleifen die ideale Nachbearbeitungstechnik für Anwendungsfälle wie 3D-gedruckte Scharniere, Schalter, funktionale Klemmen und sonstige Bauteile ist, die entweder beweglich sind oder zu einer beweglichen Baugruppe gehören. Die verbesserte Oberflächentextur vermindert zudem die Porosität, sodass Teile nach dem Gleitschleifen eine höhere Beständigkeit gegenüber Flüssigkeitsaufnahme aufweisen.

Die ästhetischen Vorzüge des Vibrationsgleitschleifens umfassen in erster Linie die verbesserte Oberflächentextur und das reinere Erscheinungsbild, doch das Gleitschleifen sorgt auch für ein gleichmäßigeres Substrat zum Auftragen zusätzlicher Beschichtungen wie etwa Acrylfarbe oder Cerakote.

Bei allen 3D-Druckteilen, die für die Endverwendung dienen, zu funktionalen Baugruppen gehören oder als Konzeptnachweis zur Veranschaulichung dienen, ist das Vibrationsgleitschleifen eine einfache Lösung, um die Oberflächenhärte und Glätte stark zu verbessern. 

Vibrationsgleitschleifanlagen für 3D-gedruckte Teile lassen sich in zwei wesentliche Kategorien einteilen: industrielle und kommerzielle Anlagen. Industrieanlagen haben eine höhere Kapazität und einen höheren Energiebedarf und sind ab etwa 5000 € erhältlich. Industrielle Gleitschleifer eignen sich für Stückzahlen auf Produktionsniveau, also beispielsweise für Mass Customization oder Übergangsfertigung.

Sie verarbeiten problemlos mehrere Chargen von Teilen, sogar bei mittelgroßen bis großen Geometrien, sodass sie sich ideal für Unternehmen wie Fertigungsdienstleister oder großangelegte Fertigungsbetriebe eignen. Viele industrielle Geräte wie der Gleitschleifer von Rösler sind speziell auf die Integration in automatisierte Prozesse ausgelegt, weshalb das Ein- und Ausladen der Werkstücke über Förderbänder oder Robotiksysteme erfolgt. Die Gleitschleifzyklen solcher großformatigen Geräte sind mit teilweise vier bis sechs Stunden sehr kurz und reduzieren die Oberflächenrauheit erheblich.

Viele kleinere Gleitschleifanlagen erzielen vergleichbare Endergebnisse wie industrielle Vibrationsgleitschleifer, verfügen jedoch über geringere Kapazitäten und erfordern für dasselbe Ergebnis längere Zykluszeiten. Um die Oberflächenrauheit annähernd im selben Maß zu verringern, müssen Werkstücke in kleineren Anlagen beinahe 72 Stunden lang geschliffen werden, während industrielle Geräte nur sechs Stunden benötigen.

Andererseits erlauben ihre erschwinglichen Preise und kleinen Stellflächen es auch kleinen Unternehmen, von den Vorteilen solcher Geräte zu profitieren, ohne die Investition in eine industrielle Anlage stemmen zu müssen. Für Unternehmen, die unter 100 Teile pro Woche 3D-drucken, reichen kleine Vibrationsgleitschleifer vollkommen aus.

Im Testprotokoll dieser Studie sind sie zwar nicht aufgeführt, doch eine dritte Option zum Glätten der Teiloberfläche sind Fliehkraftgleitschleifmaschinen. Das Verfahren unterscheidet sich insofern leicht von herkömmlichen Vibrationsgleitschleifern, dass die Teile hier statt durch Vibration durch Hochgeschwindigkeitsrotation geschliffen werden. In einem Fliehkraftgleitschleifer werden die Werkstücke und die Schleifkörper in einem Behälter verschlossen und bei hoher Geschwindigkeit rotiert, sodass g-Kräfte entstehen, die die Teile in kurzer Zeit schleifen. Fliehkraftgleitschleifanlagen bieten sich an, wenn die Zykluszeit insgesamt verkürzt werden soll. Es ist jedoch anzumerken, dass der Vorgang aggressiver ist und filigrane Details auf den Werkstücken womöglich beschädigen kann.

Es gibt zahlreiche verschiedene Arten von Schleifkörpern, die beim Vibrationsgleitschleifen zum Einsatz kommen können, und die Wahl des Schleifmittels beeinflusst das Endergebnis maßgeblich. Typische Schleifmittel umfassen Edelstahl, Porzellan oder Silikat, Polyesterverbundstoffe oder Walnussschalen. Sie erzielen jeweils unterschiedliche Effekte, von aggressiver Glättung und Behebung der Oberflächenrauheit bis zu einer leichten Politur zu ästhetischen Zwecken. 

Bei der Wahl des richtigen Schleifmittels für das Vibrationsgleitschleifen sind abgesehen von der Art des Materials auch die Größe und Form der einzelnen Schleifkörper zu berücksichtigen. Schleifkörper können unterschiedlich groß sein und unterschiedlich scharfkantige oder runde Formen haben. Größere Schleifkörper eignen sich für rauere Schleifvorgänge wie etwa das Entfernen von Graten oder Rost von Metallteilen. Kleinere Schleifkörper hingegen kommen bei feineren Werkstücken zum Einsatz, da ihr Effekt eher einer Politur entspricht und sie für eine breitere Palette von Materialien geeignet sind. Scharfkantige Schleifkörper (Dreiecke und Keile) sind die ideale Wahl für die Nachbearbeitung komplexer Teile mit Kanten, Spalten und Kanälen, wobei sie allerdings stärker zum Abblättern oder Absplittern neigen. Abgerundete Schleifkörper eignen sich dagegen ideal für sanftere Politurvorgänge und splittern oder blättern nur sehr selten ab. Vollkommen glatte Oberflächen lassen sich mit diesen Schleifkörpern zwar deutlich langsamer erreichen, doch sie sind schonender und können daher auch für empfindliche Werkstücke eingesetzt werden.

Bei einigen Vibrationsgleitschleifprozessen, im sogenannten Nassverfahren, werden zusätzlich zum Schleifmittel auch Wasser oder chemische Zusatzstoffe (Compound genannt) eingefüllt. Die Flüssigkeit dient dazu, die durch die Reibung entstehende Hitze zu regulieren, und unterstützt das Entfernen von Verunreinigungen oder Oxiden von der Werkstückoberfläche. Die Teile erhalten eine reinere, glänzendere Optik als beim Trockenverfahren des Gleitschleifens. Compounds können jedoch teuer sein und Chemieabfälle verursachen, die dann sachgemäß entsorgt und verarbeitet werden müssen. Schleifkörper aus Metall, Keramik oder Kunststoff können im Nassverfahren verwendet werden, doch organische Schleifkörper wie Walnussschalen oder Maiskolben sollten hierfür nicht genutzt werden.

^{Von links nach rechts: Walnussschalen, Keramikschleifkörper und Stahlschleifkörper.}

Viele Anwendungen des 3D-Drucks erfordern eine glatte Oberflächengüte und einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Das Vibrationsgleitschleifen steigert als Teil Ihres Arbeitsprozesses sowohl die Funktionalität als auch die Optik von Teilen für eine Vielzahl von Branchen und Umgebungen. 

Formlabs hat das Vibrationsgleitschleifverfahren ausgiebig an SLS-3D-Druckteilen getestet, um Empfehlungen über die richtigen Arbeitsabläufe für optimale Ergebnisse geben zu können.

Das Vibrationsgleitschleifen ist eine hervorragende Methode, um die Oberflächenqualität von 3D-gedruckten Teilen zu verbessern. Die Geräte sind erschwinglich und der Arbeitsprozess lässt sich individuell an Ihre Bedürfnisse anpassen. Beachten Sie bei der Integration des Vibrationsgleitschleifens in Ihre Prozesse, dass Sie je nach Gerät und Schleifmittel unterschiedliche Ergebnisse erzielen.

Bei der Wahl einer Vibrationsgleitschleifanlage für Ihre 3D-Druckteile sollten Sie zunächst die Stückzahlen berücksichtigen: Mittlere bis große Produktionsvolumen erfordern großformatige industrielle Geräte, während für Anwendungsfälle wie Prototyping, Fertigungshilfen und Rapid Tooling auch kleinere, günstigere Gleitschleifanlagen ausreichen können. Bei diesen Anwendungen sollten die längeren Zykluszeiten kleinerer Geräte sich nicht negativ auf den Arbeitsprozess auswirken. 

Als Nächstes muss das Schleifmittel ausgewählt werden, was in hohem Maße vom Werkstück abhängt. Für SLS-3D-gedruckte Teile eignen sich Keramik, Kunststoff und organische Materialien, Metall hingegen wäre zu aggressiv. Bei Teilen mit vielen internen Kanälen oder Vertiefungen können Keramik-Schleifmittel abblättern und sich in den Werkstücken ablagern. Obwohl sich solche Ablagerungen mit kleinen Handwerkzeugen leicht entfernen lassen, stellen organische oder Kunststoff-Schleifmittel vermutlich eine bessere Wahl dar. Für Teile mit sehr feinen Merkmalen, filigranen Prägungen oder dünnen Extrusionen sollte ein weniger scheuerndes Schleifmittel genutzt werden. Ebenso wirken auch abgerundete Schleifkörper schonender auf empfindliche Teile als scharfkantige. 

Das Vibrationsgleitschleifen ist eine leicht zugängliche Lösung, um die Optik und Funktionalität von SLS-3D-gedruckten Teilen noch stärker an Spritzgussteile anzunähern. Ihren Arbeitsablauf im 3D-Druck um diesen Schritt zu ergänzen, muss weder teuer noch aufwendig sein – es gibt zahlreiche Angebote von Gleitschleifmaschinen, die erschwinglich und auch hinsichtlich ihres Platz- und Energiebedarfs leicht integrierbar sind. Bei Anwendungen wie dem Rapid Prototyping, Fertigungshilfen oder Endverbrauchsteilen dehnt das Vibrationsgleitschleifen den Horizont für den Einsatz von 3D-Druck noch weiter aus. Gepaart mit der Gestaltungsfreiheit des SLS-3D-Drucks und den Individualisierungsoptionen der Kleinserienproduktion liefert das Vibrationsgleitschleifen für alle Branchen große Vorteile. 

Um mehr darüber zu erfahren, wie Sie Ihren Arbeitsprozess mit SLS und Vibrationsgleitschleifen optimieren, oder für eine Beratung dazu, welche Geräte und Materialien für Ihre Anforderungen die richtigen sind, kontaktieren Sie das Formlabs-Vertriebsteam. Oder erkunden Sie gern weitere Nachbearbeitungsoptionen für SLS-Drucke auf unserer Website.