Verdichtungsstrahlen („Shot peening“)

Nachbearbeitung Shot Peening 3D-Druck Bauteil 3Faktur

Shot Peening (bzw. „Verdichten“ oder „Verdichtungsstrahlen“) ist Teil des Nachbearbeitungsprozesses beim 3D-Druck. Die Oberflächenbehandlung führt zu modifizierten mechanischen Eigenschaften, insbesondere zu Verdichtung und erhöhter Kratzfestigkeit der Oberflächen sowie zur Verbesserung von Ästhetik und Haptik der Bauteile.

Shot Peening bei 3Faktur

3Faktur verwendet eine von „MHG Strahlkabinen“ für diesen Zweck umgerüstete Strahlkabine vom Typ SMG 50. 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 schwarzgefärbten Bauteile bei 3Faktur angewendet. Es ist nicht notwendig, diese Dienstleistung separat zu bestellen.

Shot Peening - manuelle Bearbeitung

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 nicht die Oberflächen 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.

Shot Peening ist also ein zweiter, nachfolgender Strahlgang, der nur bei schwarzgefärbten Bauteilen angewendet wird.

Anwendungen

Mit Shot Peening bearbeitetes PA 12 3D-Druck Bauteil Gehäuse Bohrmaschine
Mit Shot Peening bearbeitetes PA 12 3D-Druck Bauteil Robotergreifarm

Shot Peening kommt bei Sichtbauteilen zum Einsatz. Wir wenden dieses Verfahren daher standardmäßig für alle schwarzgefärbten 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:

  • Chemische Glättung: mehr Glanz, niedrigere Rauigkeit, geeignet v.a. für kleine bis mittelgroße und / oder unregelmäßige Bauteile
  • Verdichtungsstrahlen: meist höhere Homogenität, geeignet v.a. für große und/oder ebene Flächen

Besonderheiten

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.

Shot Peening - Mitarbeiter bei Bearbeitung

Mitarbeiter vor auf Shot Peening spezialisierte Strahlkabine

Shot Peening - Handstrahlen

Handbearbeitung von Bauteilen

Shot Peening - automatisierte Bearbeitung

Automatisierte Bearbeitung in der Trommel

FAQ Shot Peening

Wie kann ich Shot Peening bei 3Faktur als Dienstleistung bestellen?

Eine separate Bestellung ist nicht notwendig. Alle schwarzgefärbten 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: Im Multi Jet Fusion Verfahren additiv gefertigte Bauteile sind nach dem Produktionsprozess grau. 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 Kosten für das Shot Peening?

Die Kosten sind im Aufpreis für die Schwarzfärbung inbegriffen. Sie liegen für den Prozess Schwarzfärbung + Shot Peening je nach Stückzahl und Größe des Bauteils im Cent-Bereich (kleine Bauteile, hohe Stückzahlen) bis zum einstelligen EUR-Bereich.


Hat Shot Peening 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.