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 (selektivem 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.

Viele kleinere Gleitschleifanlagen erzielen vergleichbare Endergebnisse wie industrielle Vibrationsgleitschleifer, verfügen jedoch über geringere Kapazitäten und erfordern für dasselbe Ergebnis längere Zykluszeiten – Werkstücke müssen in kleineren Anlagen beinahe 72 Stunden lang geschliffen werden, während industrielle Geräte nur sechs Stunden benötigen. Industrielle Gleitschleifanlagen verarbeiten problemlos mehrere Chargen von Teilen, sogar bei mittelgroßen bis großen Geometrien, sodass sie sich ideal für Unternehmen wie Fertigungsdienstleister oder großangelegte Fertigungsbetriebe eignen.

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 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. Compounds können jedoch teuer sein und Chemieabfälle verursachen, die dann sachgemäß entsorgt und verarbeitet werden müssen. 

When choosing media to be used in a vibratory tumbler, the size and shape of the individual pellets should be considered along with the type of material. Pellets come in large and small sizes and sharp or rounded shapes. Large pellets are used for rougher grinding, such as removing burrs or rust from metal parts. Smaller pellets are used for finer pieces, offer more polishing or burnishing effects, and can be used on a broader range of materials. Sharp pellets (triangles, wedges, and arrowheads) are ideal for finishing complex parts with edges, crevices, and channels, though they have a higher instance of chipping or flaking. Rounded pellets are ideal for lighter-touch polishing and burnishing, and very rarely chip or flake. Though they are slower to fully smooth surfaces, they are much more gentle and can be used for delicate parts. 

In some vibratory workflows, called ‘wet vibratory finishing,’ water or chemical detergents are added in with the pellets. The liquid helps temper the heat generated by the high friction and can help in removing contaminants or oxides on the surface of the part. Parts will appear cleaner and more polished than with a dry tumbling workflow. However, detergents can be expensive and generate chemical waste, which has to then be disposed of and treated properly. Metal, ceramics, or plastic media can be used in a wet workflow, but organic media such as walnut shells or corn cobs should not be. 

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

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

Glatte, gleitgeschliffene SLS-Teile kommen insbesondere in folgenden Anwendungen zum Einsatz: 

• Endverbraucherteile: SLS-Drucker glänzen bei der Produktion kleinerer bis mittlerer Stückzahlen, und das Gleitschleifen ist eine unkomplizierte Möglichkeit, die Oberfläche der Teile chargenweise zu glätten. 

• Gesundheitswesen: Oberflächenrauheit ist beim 3D-Druck von Medizinprodukten, Modellen, Prothesen oder Orthesen ein großes Manko. In Kombination mit dem Gleitschleifverfahren liefern SLS-Drucker jedoch einen erheblichen Mehrwert für 3D-Druckprozesse in der Gesundheitsbranche.

• Fertigungshilfsmittel: Mithilfe eines Vibrationsgleitschleifers lässt sich der Reibungskoeffizient verringern und die Oberflächenhärte steigern, was Teile robuster und langlebiger macht.

Formlabs hat das Vibrationsgleitschleifverfahren ausgiebig an SLS-3D-Druckteilen getestet, um Empfehlungen über die richtigen Arbeitsabläufe für optimale Ergebnisse geben zu können. Basierend auf einem Standard-Design mit ebenen und gekrümmten sowie inneren und äußeren Oberflächen haben wir mehrere Teile 3D-gedruckt. 

Die Teile aus Nylon 12 Powder und Nylon 11 Powder wurden auf dem SLS-3D-Drucker Fuse 1+ 30W gedruckt, auf dem Fuse Sift anhand der standardmäßigen Nachbearbeitungsrichtlinien entpulvert und anschließend in der Vibrationsgleitschleifanlage CB300 (auch Mr.Deburr genannt) für vier, sechs bzw. acht Stunden geglättet. Die Maßgenauigkeit der Teile wurde jeweils vor und nach dem Gleitschleifen mit Messschiebern bestimmt und die Oberflächenrauheit mit einem Laser-Scanning-Mikroskop von Keyence gemessen. Wenn Sie die vollständigen Ergebnisse unserer Tests einsehen möchten, laden Sie gern unser Whitepaper herunter.

Vibratory tumbling is an excellent way to improve the surface finish of your 3D printed parts. Equipment is affordable, and the workflow is customizable to your exact needs. When adding tumbling to your workflow, keep in mind that different machines and media will produce different results. 

When choosing which tumbler to purchase for a 3D printing workflow, first consider your volume of 3D printed parts: mid to high production volumes will require a larger industrial tumbler, while prototyping, manufacturing aids, and rapid tooling applications might only require a smaller, inexpensive tumbler. In these applications, the longer time required by the smaller tumbler shouldn’t negatively affect your workflow. 

Choosing your media is the next consideration, and very part dependent. For SLS 3D printed parts, ceramic, plastic, or organic materials will all work, while metal might be too abrasive. For parts with many internal pockets or channels, ceramic media might become flaked and embedded in the parts. Although removal is simple with small hand tools, organic or plastic media might be a better option. For parts that have very fine features, delicate embossing, or thin extrusions, a less abrasive media is optimal. Likewise, choosing rounded media instead of sharp media will help protect delicate parts. 

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.