Shot Peening (bzw. “Verdichten” oder “Verdichtungsstrahlen”) ist Teil des Nachbearbeitungsprozesses beim 3D-Druck. Die Oberflächenbehandlung führt zu Verdichtung und erhöhter Kratzfestigkeit der Oberflächen sowie zur Verbesserung von Ästhetik und Haptik der Bauteile.
Shot Peening bei 3Faktur
3Faktur verwendet eine für diesen Zweck umgerüstete Strahlkabine. Die spezielle Ausstattung der Kabine ist erforderlich, da es bei dem Verfahren zu einer hohen statischen Aufladung des Strahlguts kommt, die durch die Bearbeitungskabine vermindert wird.
Shot Peening wird grundsätzlich für alle gefärbten Bauteile bei 3Faktur angewendet. Es ist nicht notwendig, diese Dienstleistung separat zu bestellen.
Funktionsweise
Beim Verdichtungsstrahlen werden die 3D-gedruckten und gefärbten Bauteile mit Kunststoffkugeln gestrahlt. Die relativ großen Kugeln haben eine hohe kinetische Energie, dadurch entsteht beim Aufprall eine lokal hohe Temperatur. Im Ergebnis wird die Oberfläche verdichtet („festgedrückt“) und die Porosität reduziert.
Zu unterscheiden ist Shot Peening vom normalen Reinigungsstrahlen, bei dem alle im Produktionsprozess hergestellten Bauteile gestrahlt und vom Restpulver befreit werden. Dabei werden Glaskugeln mit deutlich kleinerer Korngröße eingesetzt, die zuverlässig reinigen, aber die Oberflächen nur geringfügig verdichten.
3Faktur verwendet das Mutli Jet Fusion Verfahren zur additiven Fertigung von Kunststoffbauteilen. Diese pulverbasierte Technologie erzeugt technisch bedingt relativ raue (Ra 7 – 10 µm) sowie leicht poröse Oberflächen, die mit Shot Peening veredelt werden können.
Es handelt sich dabei also um einen zweiten, nachfolgenden Strahlgang, der nur bei gefärbten Bauteilen (Schwarz oder farbig) angewendet wird.
Anwendungen
Shot Peening kommt bei Sichtbauteilen zum Einsatz. Wir wenden dieses Verfahren daher standardmäßig für alle gefärbten Bauteile an.
Die Entscheidung, ob Shot Peening („Verdichtungsstrahlen“) oder Vapor Smooting („Chemisches Glätten“) zum Einsatz kommt, ist abhängig vom gewünschten Effekt sowie der Geometrie des Bauteils:
- Vapor Smoothing: mehr Glanz, niedrigere Rauigkeit, weitgehend porenfreie Oberfläche
- Verdichtungsstrahlen: meist höhere Homogenität der Oberfläche, geringe Restporosität.
Besonderheiten
Shot Peening ist ein kostengünstiges Veredelungsverfahren. Es eignet sich insbesondere für homogene, haptisch angenehme Oberflächenstrukturen und erzeugt eine höhere Kratzfestigkeit der Bauteile. Seine Vorteile liegen also in der verbesserten Homogenität und Haptik.
Shot Peening führt aber nicht zu einer (mit dem chemischen Glätten vergleichbaren) porenfreien Oberfläche. Das Nachbearbeitungsverfahren eignet sich deshalb nicht für den Einsatz bei gas- und flüssigdichten Komponenten oder einfach zu reinigenden Oberflächen in Reinräumen oder der Medizintechnik.
Praktische Durchführung
Die zu bearbeitenden Bauteile werden in einer speziell dafür ausgerüsteten Strahlkabine gestrahlt. Als Strahlgut kommen runde Kunststoffkugeln zum Einsatz, die im Gegensatz zu dem im Metallbereich häufig eingesetzten Keramikkugeln einen deutlich geringeren Verschleiß haben.
Der Aufprall der Kugeln auf die Bauteile erzeugt eine hohe Temperatur, durch die die Oberflächenstruktur verformt und verfestigt wird. Die Bauteile werden je nach Geometrie von Hand (z.B. große oder filigrane Bauteile) oder semi-automatisiert in einer Bearbeitungstrommel gestrahlt.
FAQ Shot Peening
Wie kann ich Shot Peening bei 3Faktur als Dienstleistung bestellen?
Eine separate Bestellung ist nicht notwendig. Alle gefärbten Bauteile bei 3Faktur durchlaufen in unserem Standardprozess auch das Shot Peening. Dies ist eine besondere Dienstleistung von 3Faktur, die Sie beim Vergleich der Bauteile von anderen Herstellern sehen und fühlen können.
Hintergrund: Eine Färbung ist sinnvoll, wenn es sich bei den Bauteilen um Sichtteile handelt. Da das Shot Peening die Eigenschaften für Sichtbauteile wesentlich verbessert (bessere Homogenität in Farbe und Struktur, Kratzfestigkeit, angenehme Haptik), haben wir uns entschieden, diese sinnvolle Ergänzung als Produktionsstandard in den Färbeprozess zu integrieren.
Wie hoch sind die Mehrkosten für die Bearbeitung?
Die Kosten sind im Aufpreis für die Färbung inbegriffen. Sie liegen inkl. Färbung je nach Stückzahl und Größe des Bauteils im Cent-Bereich (kleine Bauteile, hohe Stückzahlen) bis zum einstelligen EUR-Bereich.
Hat das Verfahren Auswirkungen auf die Genauigkeit?
Im Normalfall nein, da die Effekte nur oberflächlich und in sehr kleinem Maßstab (wenige µm) stattfinden. Bei verzugsgefährdeten Geometrien (großflächige, flache Geometrien) kann das Verfahren den Verzug durch die entstehende Hitze beim Bearbeiten verstärken.
Hat Shot Peening Auswirkungen auf die mechanischen Kennzahlen?
Nein. Anders als bei der Bearbeitung von Metallen, wo derartige Effekte auftreten, ist bei Bearbeitung von 3D-gedruckten Polyamid Bauteilen ein solcher Effekt nicht nachweisbar.
Findet beim Shot Peening eine Kantenabrundung statt?
Nein. Anders als bei abrasiven Verfahren (z.B. Gleitschliff) oder der chemischen Glättung findet eine Kantenabrundung maximal im mikroskopischen Maßstab statt.
Kann auch bei grauen Bauteilen ein Shot Peening hinzugebucht werden?
Graue Bauteile sind auch bei Einsatz von Shot Peening nicht als Sichtteile geeignet. Das Bearbeitungsverfahren leistet bei grauen Bauteilen keinen nennenswerten Mehrwert und kann nicht in der Kombination ohne Schwarzfärbung bestellt werden.
Sofern bei grauen Bauteilen der Effekt der reduzierten Porosität gewünscht wird, ist hierbei die chemische Glättung vorzuziehen.
