Folgetechnologien bei generativen Verfahren

Da die entstehenden Bauteile bei Rapid Prozessen viele Anforderungen, wie z.B. Stückzahl, Materialeigenschaften und Optik, oft nicht ausreichend erfüllen können, kommen verschiedene Folgetechnologien zum Einsatz. Mit deren Hilfe kann das Materialspektrum stark erweitert werden, was besonders beim Zielwerkstoff Metall sehr wichtig ist, da hier ein begrenztes Spektrum an Verfahren und Werkstoffen zur direkten Herstellung von Bauteilen zur Verfügung steht. Auch im Bereich der Optik, Haptik und Oberflächenqualität können mit Folgetechniken, wie Nachbearbeitung und Beschichtung, die Modellqualität wesentlich verbessert werden.

Nachbearbeiten

Abtragende Nachbearbeitung

Zu den abtragenden Verfahren werden Bohren, Schleifen, Drehen, Sandstrahlen und Polieren gerechnet. Diese Art der Bearbeitung wird in ihren verschiedenen Formen fast immer bei Rapid-Bauteilen angewendet, da die Oberflächenqualität durch den bei allen Verfahren mehr oder weniger ausgeprägten Treppenstufeneffekt für die meisten Anwendungen nicht ausreichend ist. Die Bauteile werden dazu mit einem leichten übermaß im Hinblick auf die Treppenstruktur gefertigt, welche in dem darauf folgenden Nachbearbeitschritt wieder abgetragen wird, um eine glatte Oberfläche zu erreichen. Die Bearbeitung mit den oben genannten Verfahren ist allerdings nicht immer möglich. Je nach Material können nur einige oder gar keine der Verfahren angewendet werden. In diesen Fällen muß die Nachbearbeitung manuell ohne Maschinenunterstützung durchgeführt werden.

Auftragende Nachbearbeitung

Das Auftragen von Füllern ist eine Methode, die im konventionellen Modellbau häufig, dabei besonders im Designbereich, eingesetzt wird. Bei Rapid-Modellen kommt sie vor allem zum Auffüllen von Oberflächenfehlern am Modell oder der nachträglichen Modellierung beschädigter Geometrien zum Einsatz. Das Rapid-Modell kann auch zusammen mit leicht modellierbaren Werkstoffen als Grundlage für Designstudien verwendet werden. Das Auftragen verlangt eine Oberfläche auf der das Füllmaterial haften bleibt, dies ist aber selbst mit vorhergehender abtragender Bearbeitung nicht bei allen Materialien möglich.

Beschichten

Durch Beschichten können verschiedene Eigenschaften der Bauteiloberfläche beeinflußt werden. Es ist möglich die Oberflächenqualität, die Haptik, die Farbe, Optik, ja sogar die Festigkeit des generativ gefertigten Bauteils dabei zu verändern.

Beschichten mit Metallen

Die Beschichtung mit Metallen wird vor allem durchgeführt, um die Optik zu verändern bzw. zu verbessern. Es gibt unterschiedliche Beschichtungsmethoden, wie z.B. Galvanisieren, Aufdampfen usw.. Die Bauteiloberfläche muß dabei, abhängig vom zum Einsatz kommenden generativen Verfahren, entsprechend vorbereitet werden, damit sich die Metallschicht ablagern läßt und sich später nicht wieder ablöst.

Oberflächenversiegelung

Oberflächenversiegelungen werden vor allem bei porösen Oberflächen eingesetzt. Sie bilden eine Barriere für das Eindringen von flüssigen oder gasförmigen Substanzen in das Bauteil. Dadurch wird verhindert, daß Bauteile diese Stoffe aufnehmen und dadurch in ihren Eigenschaften beeinflußt werden. Damit wird z.B. das Quellen von Modellen durch Wasseraufnahme oder das Auflösen von Bindemitteln durch äußere Einflüsse unterbunden. Die Substanz für die Oberflächenversiegelung dringt beim Auftragen auch in poröse Modelle ein, was in den meisten Fällen eine Erhöhung der Festigkeit des Modells bewirkt. Bei einigen Verfahren wird dies gezielt angewandt, um die Festigkeit zu steigern oder die Anisotropie von Modellen auszugleichen.

Lackieren

Das Lackieren wird verwendet, um die Optik des Bauteils zu verbessern oder zu verändern. Es werden dafür Lacke in unterschiedlichen Farben oder klare Lacke aufgetragen. Teilweise erfüllt das Lackieren die gleichen Aufgaben wie das Versiegeln. Es verhindert ebenfalls in gewissem Maße das Eindringen von Substanzen aus der Umwelt sowie eine gewisse Steigerung der Festigkeit des Bauteils (v.a. bei RP-Modellen). Dies ist allerdings nur ein Nebeneffekt, der aber meistens durchaus erwünscht ist. Die Modelloberfläche muß häufig noch durch andere Bearbeitungsschritte vorbereitet werden, damit sich der Lack nicht wieder ablöst. Beim Lackieren muß beachtet werden, daß manche Baustoffe der Rapid-Verfahren durch die in den Lacken enthaltenen Lösungsmittel angegriffen werden und sich auflösen.

Abformen

Mit Hilfe eines generativ erzeugten Bauteils kann beim Abformen durch unterschiedliche Techniken eine Gußform mit Formhälften hergestellt werden. Das Modell wird dabei nicht zerstört und kann öfters wiederverwendet werden. Eine Vervielfältigung des Bauteils oder Modells ist auf diese Art und Weise möglich. Mit Hilfe der Gußformen können Bauteile aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden. Werden Folgetechnologien in der Form angewendet, das das generativ erzeugte Bauteil als Werkzeug fungiert, so spricht man beim vorrausgegangenen generativen Prozess von Rapid Tooling.

Vakuumguß

Beim Vakuumguß wird das Modell mit einer Silikonmasse abgeformt, die nach dem Erstarren vorsichtig wieder vom Modell abgelöst werden kann. In der so entstandenen Form können dann mit Gießharzen oder Werkstoffen, die bei niedrigen Temperaturen vergießbar sind, weitere Modelle gefertigt werden. Die Form kann dabei je nach Modell und Abgußmaterial bis zu 25x wiederverwendet werden, bis sie durch Abnutzung unbrauchbar wird. Außer Gießharzen, wie Polyurethanen, Epoxid- und Polyesterharzen, ist auch der Einsatz von Wachs, Gips und niedrigschmelzenden Metallegierungen als Abgußmaterial möglich. Die Gießharze kommen in ihren Eigenschaften Serienwerkstoffen wie ABS (Acryl-Nitrit-Butadien-Styrol) und Polycarbonat sehr nahe. Da die Silikonform sehr flexibel ist, ist es möglich auch leichte Hinterschneidungen zu entformen, starke Hinterschneidungen oder Hohlräume sind allerdings nicht fertigbar.

Gipsguß

Das RP-Bauteil wird beim Gipsguß als Dauermodell verwendet. Gipsguß besitzt eine sehr hohe Abbildungsqualität. Das RP-Teil muß entweder in zwei Hälften gefertigt oder später geteilt werden. Die einzelnen Formhälften werden dann durch Abformen der RP-Hälften mit Gips erzeugt. Vor der Abformung müssen noch entsprechende Guß- und Entlüftungskanäle dem RP-Modell mit den üblichen konventionellen Methoden hinzugefügt werden. Zum Abguß werden die beiden Gipshälften zusammengefügt. Die Gipsform wird als verlorene Form verwendet und nach dem Abguß zerstört. Für den Abguß können Gießharze und Wachse eingesetzt werden. Da Gips nur eine Temperaturbeständigkeit von 1200 Grad Celsius aufweist, ist nur die Verarbeitung niedrig schmelzender Metalle möglich. Die Fertigung von Hinterschneidungen ist nicht durchführbar, da das Bauteil nicht mehr entformt werden kann.

Sandguß

Das Sandgußverfahren ermöglicht es mit einem generativ erzeugten Bauteil als Dauermodell Abgüsse mit dem Zielwerkstoff Metall zu fertigen. Das Modell muß hierbei in zwei Teilen gefertigt oder später geteilt werden. Die einzelnen Formhälften werden dann in einem Formkasten durch Auffüllen und Stampfen mit Formsand abgeformt. Vor der Abformung müssen noch entsprechende Guß- und Entlüftungskanäle dem Modell mit konventionellen Methoden hinzugefügt werden. Als Materialien können alle gießbaren Metalle verwendet werden. Die Modelle müssen für den Abformprozess eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Die Modelloberfläche muß eventuell gegen die Feuchtigkeit des Formsandes versiegelt werden. Die Oberflächenrauhigkeit sollte möglichst gering sein, so daß die Modelle meist im Vorfeld entsprechend bearbeitet werden müssen. Die Fertigung von Hinterschnitten ist nur durch den Einsatz von eigens gefertigten Kernen möglich. Nach dem Entformen der Modelle werden die Formhälften zusammengefügt und es kann ein Abguß angefertigt werden. Die Abbildungsgenauigkeit ist entsprechend der Größe der Körner des Formsandes mehr oder weniger gut. Sie ist aber wesentlich schlechter als bei Gips-, Fein- und Silikonabgüßen.

Abgiessen

Beim Abgießen wird das generativ erzeugte Bauteil als verlorenes Modell für einen Gußprozeß verwendet. Dies ist nur mit Rapid-Materialien möglich, die bei Ausbrenntemperaturen fast vollständig flüssig oder gasförmig werden und aus der Form entweichen können. Eine zu große Restaschemenge führt zu einer Schädigung des Gußteils.

Feinguß

Das Modell wird beim Feinguß durch eine Keramikform umschlossen und vor dem Gießen wieder ausgebrannt. Dazu werden zuerst Gießkanäle aus Wachs an das Modell angeklebt. Zur Bildung der Form wird das Modell entweder mehrmals abwechselnd mit einer keramischne Masse und Sand beschichtet und so eine Gußschale gebildet, oder vollständig in eine Kastenform mit einer keramischen Sandmischung und Bindemittel eingebettet. Die Form, sowie wie das Ausgangsmodell gehen während des Gießprozesses verloren, so daß pro Modell nur ein Gußteil hergestellt werden kann. Als Materialien sind bis auf wenige Ausnahmen alle vergießbaren Metalle geeignet. Da die keramische Masse, die auf das Modell als erste Schicht aufgetragen wird, eine Korngröße besitzt, die im mikroskopischen Bereich liegt, hängt die Oberflächenqualität weitgehend von der des Modells ab.