Metall-3D-Drucker sind in aller Munde, doch in den meisten Fällen bleiben sie teuer, exotisch und äußerst kompliziert. Es stellt sich heraus, Kunststoff-3D-Drucker erweisen sich in vielen Fällen tatsächlich als geeigneter zur Herstellung von Metallteilen.
Der Trick liegt darin, Polymerdrucker mit anderen Prozessen wie Feinguss mit Wachsausschmelzung, Sandgussverfahren oder Direktguss bei niedrigen Temperaturen zu kombinieren. In Kombination mit der richtigen Metallbearbeitung schneidet der Polymer-3D-Druck im Vergleich zum Metall-3D-Druck bei Oberflächenbeschaffenheit, Materialauswahl und Kosten besser ab.
Eine der einfachsten und hochwertigsten Methoden zur Herstellung von Metallteilen mit einem Polymer-3D-Drucker ist die Galvanisierung – ein Prozess, den Volkswagen und Autodesk für den atemberaubenden Satz Radkappen eines futuristischen Konzeptfahrzeug nutzten.
Die Radkappen wurden auf dem Desktop SLA 3D-Drucker Form 2 von Formlabs mit Clear Resin gedruckt. SLA 3D-Druck lässt sich ideal mit Galvanisierung kombinieren, da er eine äußerst glatte Oberflächenbeschaffenheit, feine Details und wasserdichte Geometrien ermöglicht.
Herstellung von Metallteilen mit 3D-Druck
Dieses Whitepaper beschreibt die Herstellung von Metallteilen im Sand- und Feingussverfahren mit der Hilfe von 3D-Druckern und Kunstharzen von Formlabs.
Whitepaper herunterladen3D-Druck für ein Konzeptfahrzeug
Das Konzeptfahrzeug „Type 20“ von Volkswagen ist eine Neuauflage des klassischen VW Bulli von 1962 und ein Aushängeschild für die zukunftsweisenden Technologien des Automobilbauers. Die Designer von VW haben mit Autodesk zusammengearbeitet, um einige generativ designte Strukturbauteile zu schaffen, darunter einen Satz ausdrucksstarker Gussaluminium-Felgen. Für diese Felgen brauchte man Radkappen, die von klassischem VW-Design inspiriert waren und gleichzeitig zu den organischen Formen der Speichen passten.
Die Lösung: Die Radkappen wurden auf einem Formlabs Desktop SLA 3D-Drucker mit Clear Resin gedruckt und anschließend mit einer 0,1 mm dicken Nickelschicht überzogen. Die fertigen Teile haben die Optik von Metall und fühlen sich auch so an. Sie konnten jedoch so schnell produziert werden, wie sich die Designs änderten – fast gänzlich ohne geometrische Einschränkungen.
Galvanisierung von 3D-Druckteilen
Galvanisieren ist ein elektrochemischer Prozess, in dem Metallionen in einer dünnen Schicht auf der Oberfläche eines Teils abgelagert werden. Galvanisierte Oberflächen sind wirklich metallisch. Neben der Optik und Haptik von Metall stärken galvanisierte Oberflächen die darunterliegenden Teile erheblich und verbessern die Verschleißfestigkeit, UV-Beständigkeit und den Korrosionswiderstand. RePliForm, der Galvanisierungsdienstleister, mit dem Formlabs und Autodesk bei den Radkappen für VW zusammengearbeitet haben, hat in Tests nachgewiesen, dass Galvanisierung die Zugfestigkeit von SLA-Druckteilen verdreifacht, die Biegebruchfestigkeit nahezu verzehnfacht und die Steifigkeit vervierfacht.
3D-Druckteile können mit einer großen Bandbreite an Metallen galvanisiert werden, darunter Gold, Nickel und Kupfer. Die galvanisierten Teile können wie jede andere dünne Metalloberfläche poliert, gebürstet, glasperlengestrahlt oder lackiert werden.
Teile können mit einer großen Bandbreite an Metallen galvanisiert werden, darunter Gold (ideal für eine hochwertige Optik bei moderaten Kosten), Nickel (hervorragend für Korrosionsbeständigkeit) und Kupfer (für elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche). Die Oberflächen können wie jede andere dünne Metalloberfläche poliert, gebürstet, glasperlengestrahlt oder lackiert werden. Bei den Radkappen für VW wurden erhobene Flächen auf Hochglanz poliert, während die geprägte Oberfläche hinter dem VW-Logo matt bleibt, wodurch ein subtiler Kontrast entsteht.
Galvanisierung eignet sich ideal für die Prototypenentwicklung im Automobilbereich und anderen Bereichen, wo metallische Oberflächen essenziell sind. Sie kann aber auch bei Produktionsteilen eingesetzt werden, die die externen Eigenschaften von Metall bei möglichst geringem Gewicht aufweisen sollen: Beginnen Sie einfach mit einem hohlen oder gitterstabilisierten Druckteil.
Die galvanisierten Radkappen sehen nicht nur aus wie Metall und fühlen sich so an; die galvanisierten Oberflächen stärken die darunterliegenden Teile erheblich und verbessern die Verschleißfestigkeit, UV-Beständigkeit und den Korrosionswiderstand.
Man kann in seiner Werkstatt mit Galvanisierung experimentieren, doch kommen bei dem Verfahren ätzende Chemikalien und hohe elektrische Ströme zum Einsatz. Außerdem lassen sich die besten Ergebnisse mit einem erfahrenen Galvanisierungsdienstleister wie RePliForm erzielen. Das Galvanisieren eines Gegenstands von der Größe dieser Radkappen kostet abhängig von der Oberfläche, der Dicke der Beschichtung, dem Nachbearbeitungsprozess und der Durchlaufzeit zwischen 200 und 600 USD.
SLA 3D-Druck lässt sich ideal mit Galvanisierung kombinieren. Verglichen mit Schmelzschichtung (FDM) und selektivem Lasersintern (SLS) – bei denen raue Teile entstehen, die nicht wasserdicht sind – bietet SLA äußerst glatte Oberflächen, feine Details und wasserdichte Geometrien. Schichtlinien und Stützspuren können durch galvanisierte Oberflächen hindurch sichtbar sein. Experimentieren Sie deshalb mit der Druckausrichtung, setzen Sie keine Stützstrukturen an wichtigen Details und Texturen an und bearbeiten Sie essentielle Oberflächen Ihrer Druckteile durch Nassschleifen mit einer 600er-Körnung. Besprechen Sie mit Ihrem Galvanisierungsdienstleister etwaige besondere Fertigstellungsanforderungen, bevor Sie Ihre Druckteile vorbereiten.
3D-Druck in der Fertigung
Die Galvanisierung ist eines der vielen Beispiele dafür, wie additive Verfahren die Produktentwicklung und Fertigung unterstützen können. Untersuchen Sie den Einsatz von 3D-Druck, um Innovation voranzutreiben und Zeit und Kosten zu sparen bei Sonderanfertigung, Werkzeugbestückung, Vorrichtungen, Formen und vielem mehr.
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