Das Lasersinter-Verfahren wird zunehmend für funktionelle (Klein-)Serienteile aus Kunststoff eingesetzt. Die so gefertigten Bauteile fühlen sich oft etwas „pulvrig“ an. Auch die Optik ist nicht immer und für jede Anwendung optimal. Daher ist eine Nachbehandlung der Bauteile durch Verdichtungsstrahlen, Gleitschleifen, chemisches Glätten, aber auch Infiltrieren und Einfärben weit verbreitet.
Wie beeinflusst das die Qualität der Bauteile? Am SKZ in Würzburg wurden die Auswirkungen dieser Nachbehandlung auf die „inneren Werte“ wie Festigkeit und Zähigkeit untersucht. Denn dass die Nachbehandlung das mechanische Verhalten beeinflusst, kann nicht ausgeschlossen werden. „Wir haben den Einfluss auf die Zugfestigkeit, die Zähigkeit und die Kerbempfindlichkeit in Abhängigkeit von Baurichtung und Wanddicke detailliert untersucht“, erklärt Senior Engineer Britta Gerets. Im Projekt wurden die Einflüsse für Bauteile aus Polyamid (PA) 12 charakterisiert und anschließend mit Polyamid 11 und glasgefülltem Polyamid 12 validiert.
Das Ergebnis: Eine grundsätzliche Beeinträchtigung der mechanischen Kurzzeiteigenschaften konnte das Institut im Projekt ausschließen. Bei sehr dünnwandigen Bauteilen konnte sogar eine Verbesserung der Zugfestigkeit durch die Oberflächenglättung beobachtet werden.
Lasersinter-Teile sind makroskopisch spröde
Gerets stellt fest: „Das mechanische Verhalten der Lasersinterteile ist verfahrensbedingt makroskopisch spröde, obwohl mit PA ein eigentlich duktiler Werkstoff eingesetzt wurde – daran ändern auch die untersuchten Nachbehandlungsverfahren nichts. Ein Bruchversagen erfolgt somit spontan, das heißt ohne nennenswerte vorherige Verformung über einen längeren Zeitraum.“
Das mechanische Verhalten unter Zugbeanspruchung ist nach dem Forschungsbericht abhängig von der Baurichtung und Wanddicke: Die Zugfestigkeit und Bruchdehnung von 1 mm dicken Lasersinterteilen ist dabei geringer als die von 4 mm dicken Teilen. Während die untersuchten Nachbehandlungsverfahren die Bruchdehnung wenig beeinflussen – auch unabhängig von den Wanddicken –, kann die Zugfestigkeit der 1 mm dicken Lasersinterteile durch Oberflächen glättende Nachbehandlungsverfahren erhöht werden. Dabei bleiben baurichtungsabhängige Unterschiede bestehen, obwohl die Oberflächenrauheit angeglichen wird.
Bei Dünnwandteilen verbessert sich die Zugfestigkeit durch die Nachbehandlung
„Folglich bestimmt, neben der Oberflächenstruktur, die innere Struktur das Verhalten“, so Gerets. „Demnach sollte die Baurichtungsabhängigkeit des mechanischen Verhaltens bei der Herstellung, das heißt die Ausrichtung im Bauraum, berücksichtigt werden. Dies gilt insbesondere für dünnwandige Lasersinterteile, für die eine Verbesserung der Zugfestigkeit durch eine Nachbehandlung der Oberflächen möglich erscheint.“
Das mechanische Verhalten der untersuchten 4 mm dicken Lasersinterteile unter Schlagbeanspruchung ist nach dem SKZ-Bericht ebenfalls deutlich baurichtungsabhängig und kann durch die Nachbehandlung kaum verändert werden. Dabei streuen die Messwerte, wie schon die Bruchdehnung, unter Zugbeanspruchung deutlich. Gerets’ Rat: „Beides sollte durch angemessene Sicherheitsfaktoren bei der Konstruktion berücksichtigt werden.“
Aufgrund der Nachfrage hat das SKZ Prüfdienstleistungen für Lasersinter-Bauteile nun auch in sein Dienstleistungsportfolio aufgenommen.
Hier steht der Forschungsbericht zum Download zur Verfügung.
