Leitfaden zum 3D-Druck von Maskierungshilfsmitteln für das Lackieren, Beschichten und mehr

Das Maskieren, also die strategische Abdeckung von bestimmten Bereichen bei Nachbearbeitungsschritten wie dem Lackieren, Sandstrahlen oder Galvanisieren, ist für gewöhnlich ein arbeitsintensiver Vorgang mit wenig Spielraum für Fehler. Der 3D-Druck bietet hierfür einen kosteneffizienten Weg zur Herstellung individualisierter Maskierungslösungen, die auch auf komplexe Geometrien passen und mehrfach verwendet werden können, was stundenlange manuelle Arbeiten bei Veredelungsprozessen überflüssig macht. 

Zur Fertigung solcher Maskierungswerkzeuge eignen sich die 3D-Drucktechnologien Stereolithografie (SLA) und selektives Lasersintern (SLS) gleichermaßen gut, wobei jedes Verfahren eigene Vorteile mit sich bringt. In diesem Leitfaden stellen wir vor, was bei der Erstellung von Abdeckungen zu beachten ist und wie Sie die richtige 3D-Drucktechnologie für Ihren Arbeitsprozess auswählen. Zudem geben wir Beispiele von Kunden, die ihre Produkte mithilfe von 3D-gedruckten Abdeckungshilfsmitteln erfolgreich nachbearbeitet haben. Für detaillierte Anweisungen zur Auswahl einer Maskierungsmethode und den Ergebnissen der verschiedenen Verfahren laden Sie unser Whitepaper herunter. 

Das Maskieren bezeichnet das strategische Abdecken bestimmter Bereiche eines Teils, die frei von Beschichtungen, Lackierungen, Metallüberzügen oder sonstigen Anwendungen zur Oberflächenbearbeitung bleiben sollen. Es kann verschiedene Gründe dafür geben, warum ein Bereich unbearbeitet bleiben soll – etwa weil er als Montagefläche für eine Baugruppe dienen wird, aus Gründen der elektrischen Leitfähigkeit oder weil er eine Beschichtung aus einem anderen Material oder einer anderen Farbe erhalten soll. Maskierungen zählen zu den Fertigungshilfsmitteln und können individuell an das jeweilige Werkstück angepasst werden, oder sie werden einmal gefertigt und für den Fertigstellungsprozess jedes Teils eingesetzt. 

Traditionell umfassen Maskierungsvorgänge das manuelle Abmessen und Zuschneiden von Kreppband, das Zerspanen von Abdeckungen aus Metall oder Kunststoff oder auch das Beschichten des gesamten Teils, um die Beschichtung dann von einem bestimmten Bereich wieder abzufräsen oder abzuschaben. Beim Verfahren mit Kreppband kommen zwar billige Materialien zum Einsatz, doch der Vorgang ist extrem arbeitsaufwendig und kann Produktionsprozesse pro Teil um Minuten verlängern. Zerspante Abdeckungen können mehrfach verwendet werden, sind aber teuer in der Herstellung und gehen aufgrund des Zerspanungsverfahrens mit einigen geometrischen Einschränkungen einher.

Abdeckungen stellen einen idealen Anwendungsfall für 3D-Druck dar: Sie werden häufig in geringen Stückzahlen benötigt und müssen sehr spezifische Formen haben, damit sie nur bestimmte Bereiche in der Mitte, den Rändern oder in einem bestimmtem Muster auf einem größeren Teil bedecken. 3D-gedruckte Maskierungshilfsmittel können mit weniger Arbeitsaufwand hergestellt werden, lassen sich leichter reproduzieren und vereinfachen somit viele komplexe Maskierungsarbeiten. Zudem können sie als Prototypen für Maskierungen dienen, um Arbeitsabläufe zu validieren, bevor zu einem anderen Material gewechselt wird.

Bei der Auswahl eines Materials zur Herstellung von Maskierungshilfsmitteln sind verschiedene Gesichtspunkte zu beachten. Es geht hierbei um mechanische und chemische Anforderungen, die Passung des Teils und Produktionsanforderungen.

• Temperatur: Dies ist der entscheidendste limitierende Faktor, da einige Beschichtungen bei sehr hohen Temperaturen in Brennöfen zu härten sind. Für viele Pulverbeschichtungsverfahren bei niedrigeren Temperaturen eignet sich High Temp Resin, das Temperaturen bis 238 °C standhält.

• Abrasion: Einige Verfahren nutzen abrasive Schleifmedien, weshalb die Abdeckungen aus Materialien bestehen müssen, die dem verwendeten Schleifmittel (etwa Keramikchips oder Walnussschalen) standhalten. Für solche Fälle sollte ein härteres Material verwendet werden, wie zum Beispiel Rigid 10K Resin für SLA-Teile oder Nylon 12 GF Powder für SLS-Teile.

• Lösungsmittelnutzung: Viele Beschichtungen erfordern auch Lösungsmittel, die basisch oder sauer sein können. Beinhaltet das Nachbearbeitungsverfahren den Einsatz einer sauren oder basischen Lösung, sollten die chemischen Anforderungen mit dem technischen Datenblatt abgeglichen werden. 

• Passung: Beim Platzieren einer Maskierung auf ein Teil wird je nach Szenario ein unterschiedliches Maß an Steifigkeit und Biegsamkeit benötigt. Mit 3D-Druck lassen sich zu niedrigen Kosten ganz einfach mehrere Materialien ausprobieren, z. B. Durable Resin, Rigid 10K Resin oder Nylon 11 Powder und Nylon 12 Powder. 

• Produktionsanforderungen: Für manche Maskierungsarbeiten werden nur eine oder zwei Abdeckungen benötigt, während andere ebenso viele Abdeckungen wie Teile erfordern. Die SLA-Drucker von Formlabs, Form 3+ wie auch Form 3L, sind eine hervorragende Wahl für die Herstellung kleiner Stückzahlen von Abdeckungen, etwa für subtraktive Verfahren, bei denen nur wenige Teile auf einmal produziert werden können. Der SLS-Drucker Fuse 1+ 30W lohnt sich hingegen für größere Stückzahlen von Maskierungshilfsmitteln, da er mehrere Teile vertikal gestapelt im selben Druckauftrag fertigen kann.

NIC Industries, der Hersteller von Cerakote, nutzt schon seit Langem 3D-gedruckte Maskierungshilfsmittel bei der Beschichtung von 3D-Druckteilen. Besonders bei der Einführung des Cerakote-Roboters für die Serienproduktion haben sich die Abdeckungen als nützlich erwiesen. 

Für die Massenproduktion von Probeteilen arbeitete das Unternehmen mit Formlabs zusammen, um 1000 Einheiten zu fertigen, die mithilfe SLS-3D-gedruckter Abdeckkappen schnell und effizient maskiert werden konnten. Die Abdeckungen wurden aus Nylon 12 Powder auf dem SLS-Drucker Fuse 1+ 30W hergestellt und dienten dazu, das Innere einer zweiteiligen Baugruppe abzudecken, um eine Überlackierung zu vermeiden und für eine klare Trennlinie zwischen den Farben zu sorgen. Außerdem wurden die Abdeckungen als Halterung verwendet, mit der die Teile an der robotischen Vorrichtung befestigt werden, sodass bei gleichmäßiger Beschichtung ein hoher Durchsatz ermöglicht wurde.

^{Die SLS-3D-gedruckte Abdeckung und Halterung (links), 3D-gedruckte Abdeckungen als Halterung am Beschichtungsroboter (Mitte) und das zweiteilige SLS-3D-gedruckte Probeteil mit einer Beschichtung der Cerakote H-Series (rechts).}

Für ein anderes Teil musste NIC Industries dieses Griffstück eines Bogens nachbearbeiten, dabei aber den Innenkanal eines Schraubgewindes vor der Beschichtung schützen, bevor die Montage erfolgte. Vor dem Auftragen der Cerakote-Beschichtung entwarf NIC Industries eine 3D-gedruckte Abdeckung für die internen Oberflächen des Griffstücks. Das Team entwickelte eine stöpselartige Maskierung, die in das Schraubgewinde passte und verhinderte, dass Beschichtungsmaterial in den Hohlraum eintrat, damit das Gewinde bei der Montage fehlerfrei funktionierte. Die Stöpsel lassen sich leicht entfernen und zusammendrücken und sind haltbar genug, um bei Hunderten von Beschichtungen eingesetzt zu werden. 

Der betriebsinterne 3D-Druck von Maskierungshilfsmitteln kann Arbeitskosten senken, die Optik und Leistung der Endprodukte steigern und Validierungsprozesse optimieren. Die Nutzung 3D-gedruckter Teile für die Endanwendung breitet sich stetig weiter aus, und hierfür sind das Beschichten, Färben und Lackieren oft notwendige Schritte. Sowohl für die Bearbeitung solcher 3D-Druckteile als auch für zahlreiche traditionell gefertigte Teile werden Maskierungswerkzeuge benötigt. Die Vorteile des 3D-Drucks (Individualisierbarkeit, Gestaltungsfreiheit, Erschwinglichkeit bei kleinen Stückzahlen) lassen sich auch auf die Herstellung von Abdeckkappen übertragen. Indem Unternehmen sich die Geschwindigkeit, Effizienz und Materialvielfalt der SLA- und SLS-3D-Drucker von Formlabs zunutze machen, können sie die betriebsinterne Fertigung von Maskierungshilfsmitteln optimieren und Lieferkettenengpässe vermeiden.

Um mehr darüber zu erfahren, welcher 3D-Drucker und welches Material von Formlabs sich am besten für Ihre Anwendung eignen, kontaktieren Sie unser Vertriebsteam oder laden Sie unser Whitepaper herunter, um verschieden Maskierungsverfahren kennenzulernen und unsere Testergebnisse einzusehen.