Wie erzielt man hohe Transparenz mit klarem Harz und welche Nachbearbeitung ist nötig?
Aus fertigungstechnischer und ingenieurwissenschaftlicher Sicht ist das Erreichen einer echten optischen Klarheit bei transparentem Harz ein äußerst präziser Prozess, der weit über den eigentlichen Druckvorgang hinausgeht. Die zentrale Herausforderung besteht darin, dass ein Teil direkt nach dem SLA-Druck nur halbtransparent ist – verursacht durch Lichtstreuung an Mikro-Oberflächenfehlern und internen Aushärtungsartefakten. Um daraus ein hochtransparentes Bauteil zu machen, ist ein rigoroses, mehrstufiges Nachbearbeitungsprotokoll erforderlich.
Die Grundlage des Drucks für optische Klarheit
Der Erfolg beginnt mit der Optimierung der Druckparameter, um Defekte zu minimieren, die die Transparenz beeinträchtigen:
Harzauswahl: Verwenden Sie ein hochwertiges, wirklich transparentes Gieß- oder optisches Harz. Standard-„Clear“-Harze haben oft einen gelblichen Farbton und sind nicht für maximale Transparenz formuliert.
Ausrichtung: Richten Sie das Teil so aus, dass sichtbare Schichtlinien auf kritischen optischen Flächen minimiert werden. Eine leichte Schrägstellung kann helfen, muss aber mit einer sinnvollen Stützstrukturplatzierung ausbalanciert werden, um Narbenbildung zu vermeiden.
Schichthöhe: Verwenden Sie die kleinstmögliche Schichtdicke (z. B. 25–50 Mikrometer), um den Treppeneffekt zu reduzieren, der unzählige kleine Oberflächen erzeugt, die Licht streuen.
Kalibrierung: Justieren Sie die Belichtungszeiten präzise. Unterbelichtung führt zu schlechter Schichthaftung, während Überbelichtung „Blooming“ oder Lichtüberstrahlung verursacht, was die Maßgenauigkeit reduziert und interne Trübungen erzeugt.
Das entscheidende Nachbearbeitungsprotokoll
Der Weg zur Transparenz wird in der Nachbearbeitung entschieden. Die folgenden Schritte sind unerlässlich:
Gründliche Reinigung: Nach dem Druck muss das Teil absolut sauber von nicht ausgehärtetem Harz befreit werden. Dies geschieht in der Regel durch ein Bad in Isopropylalkohol (IPA) unter Verwendung eines Ultraschallreinigers oder einer Waschstation mit Bewegung. Verbleibendes Harz härtet zu einem dauerhaften, trüben Film aus.
Gezieltes Nachhärten: Das Nachhärten ist ein zweischneidiges Schwert – es ist notwendig, um die endgültigen mechanischen Eigenschaften zu erreichen, kann jedoch auch eine Vergilbung verursachen und Oberflächenfehler fixieren.
Best Practice: Einige Experten empfehlen, das erste Schleifen und Polieren am gewaschenen, aber noch nicht ausgehärteten „grünen“ Teil durchzuführen, da das Material weicher und leichter zu bearbeiten ist. Das Teil wird anschließend nachgehärtet, wenn die Oberflächen nahezu perfekt sind. Alternativ kann ein kurzes, kontrolliertes Vorhärten erfolgen, um das Teil für die Bearbeitung zu festigen.
Progressives Schleifen (Nassschliff): Dies ist der arbeitsintensivste, aber entscheidende Schritt. Ziel ist es, Schichtlinien und Kratzer zu entfernen, indem man sich schrittweise durch immer feinere Körnungen arbeitet – stets mit Wasser als Schmiermittel.
Beginnen Sie mit groben Körnungen (z. B. 400er Schleifpapier), um Schichtlinien und Stützspuren zu entfernen.
Gehen Sie weiter mit mittleren Körnungen (600, 800).
Beenden Sie den Vorgang mit feinen Körnungen (1000, 1500, 2000+). Das Teil erscheint in diesem Stadium gleichmäßig trüb – dies ist normal und zeigt eine gleichmäßige, mikroskopisch verkratzte Oberfläche, die für das Polieren bereit ist.
Polieren bis zur optischen Oberfläche: Das Polieren verwandelt die matte, geschliffene Oberfläche in eine klare.
Verwenden Sie eine feine Polierpaste (z. B. spezielle Kunststoffpolitur oder Juwelierrot) mit einem weichen, sauberen Tuch oder einer Polierscheibe bei niedriger Drehzahl, um das Harz nicht zu überhitzen.
Dieser Prozess glättet Mikroschrammen und verfeinert die Oberfläche so weit, dass Licht ohne Streuung hindurchtreten kann.
Auftragen eines Klarlacks (optional, aber empfohlen): Um die mühsam erzielte Oberfläche zu schützen und verbleibende Mikroporen zu versiegeln, empfiehlt sich das Auftragen einer transparenten Beschichtung. Eine hochglänzende, UV-beständige Klarlackschicht, aufgesprüht oder getaucht, kann die Klarheit weiter verbessern und eine langlebige Schutzschicht bilden.
Technische Richtlinien und Grenzen
Erwartungen managen: Selbst bei perfekter Ausführung erreicht 3D-gedrucktes transparentes Harz selten die optische Qualität von spritzgegossenem Acryl oder Glas, da das schichtweise Verfahren und mikroskopische Aushärtungsunregelmäßigkeiten Licht leicht streuen.
Anwendung berücksichtigen: Dieses Verfahren eignet sich besonders für ästhetische Modelle, Lichtleiter oder Linsen, bei denen Transparenz entscheidend ist. Für funktionale, transparente Gehäuse kann es wirtschaftlicher sein, CNC-gefrästes Acryl oder Spritzguss zu verwenden, insbesondere bei höheren Stückzahlen.
Prozessvalidierung: Für reproduzierbare Ergebnisse sollten alle Parameter dokumentiert werden – Druckeinstellungen, Waschdauer, Aushärtungszeit und Schleifabfolge –, um einen konsistenten, wiederholbaren Prozess zu etablieren.
