3D-Farbdruck Additive Teile in Farbe drucken oder nachbearbeiten?

Autor / Redakteur: Dmitry Kafidov* / Stefan Guggenberger

3D-gedruckte Objekte können entweder während des Druckprozesses oder im Postprocessing farbig gestaltet werden. Dmitry Kafidov von Xometry zeigt die Vor- und Nachteile der Techniken auf und welche Druckverfahren geeignet sind.

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Vor allem bei 3D-gedruckt Endprodukten wird eine präzise und beständige Farbgebung immer wichtiger.
Vor allem bei 3D-gedruckt Endprodukten wird eine präzise und beständige Farbgebung immer wichtiger.
(Bild: gemeinfrei // unsplash)

Beim Produktdesign ist die richtige Farbe oft ein entscheidendes Merkmal für den Erfolg. Selbstverständlich kann dieses Mittel auch im 3D-Druck eingesetzt werden. Grundsätzlich werden additiv produzierte Teile auf zwei unterschiedlichen Wegen farbig gestaltet: Man kann sie entweder später in der Nachbearbeitung färben – oder sie schon direkt mit farbigem Druckmaterial herstellen. Beide Methoden haben ihre Vor- und Nachteile. Und für beide gilt: Bunte 3D-Teile sind deutlich interessanter und oft auch sinnvoller als die Standard-Materialien in grau oder weiß. Die Kosten sollten Sie dabei beachten, müssen aber nicht vor ihnen zurückschrecken. Die Produktionskosten werden durch farbigen 3D-Druck um 10 bis 15 Prozent erhöht.

Direkt oder indirekt drucken?

Wer farbig drucken will, hat zwei Optionen: Direkten oder indirekten 3D-Farbdruck. Bei der direkten Methode wird ein farbiges Filament verwendet, um die Modelle in 3D zu produzieren. Die aktuell beliebteste Technologie für bunte Filamente ist das Fused Deposition Modeling (FDM). Es ist eines der am häufigsten verwendeten additiven Produktionsverfahren auf dem Markt. FDM-Teile sind in einer breiten Farbpalette (Schwarz, Blau, Grau, Elfenbein, Rot) und zudem in den gängigsten Materialien wie ABS und ASA verfügbar.

Mit dem FDM-Verfahren können direkt bunte Filamente gedruckt werden. Allerdings müssen mehrfarbige Teile aus einem einzigen Material hergestellt werden.
Mit dem FDM-Verfahren können direkt bunte Filamente gedruckt werden. Allerdings müssen mehrfarbige Teile aus einem einzigen Material hergestellt werden.
(Bild: Xometry)

Beim 3D-Druck mehrfarbiger Teile mit FDM muss man allerdings für das gesamte Teil ein einziges Material verwenden. Es ist also nicht möglich, etwa von weißem ASA zu schwarzem ABS zu wechseln. Grundsätzlich stehen alle gängigen Materialien wie ASA, PLA und ABS in einer großen Auswahl an Farben zur Verfügung. Will man ein mehrfarbiges Teil erhalten, teilt man das CAD-Modell in die unterschiedlich farbigen Komponenten auf und setzt die Einzelteile später zusammen. Mit dieser Technologie lassen sich kräftige Farben und schöne Details erzielen. Monotone Farben sind allerdings nicht so präzise wie im MJF-Druck möglich. Ein weiterer Nachteil: Die Farben lassen sich beim FDM-Druck nicht mischen. Es sind also mit Standardlösungen nicht alle RAL-Töne anwählbar.

Um die Nachteile des FDM-Drucks zu vermeiden, kann man den indirekten Farbdruck verwenden. Dabei wird die Farbe von einer externen Quelle während des Druckvorgangs aufgetragen, wie dies etwa bei der MJF-Technologie (Multi Jet Fusion) geschieht. Diese ist viel präziser und ermöglicht daher ein realistischeres Aussehen der 3D-Teile. Der indirekte 3D-Farbdruck verwendet den CMYK-Farbmodus, das muss unbedingt bei der Vorbereitung des Werkstücks berücksichtigt werden.

Beim MJF-Verfahren können die Farben während des Drucks von einer externen Quelle aufgebracht werden. Dadurch ist eine sehr präzise Gestaltung möglich.
Beim MJF-Verfahren können die Farben während des Drucks von einer externen Quelle aufgebracht werden. Dadurch ist eine sehr präzise Gestaltung möglich.
(Bild: Xometry)

Multi-Jet Fusion ist zudem die einzige Technologie, die technische Kunststoffe (Polyamid, Nylon 12) vollfarbig bedrucken kann. Damit lassen sich Funktionsteile mit optimalen mechanischen Eigenschaften herstellen. Da es sich um einen indirekten 3D-Druck handelt, ist die Technologie in der Lage, mit einem Voxel-Kontrollsystem vollfarbige Teile mit sehr genauer Farbwiedergabe zu erzeugen. MJF kann wegen der guten mechanischen Eigenschaften auch für Endverbrauchsteile eingesetzt werden. Gerade für kleine und mittelgroße Serien ist das Verfahren zudem sehr kosteneffizient. Auch für die Serienproduktion ist es aufgrund der hohen Produktivität geeignet. Auf der negativen Seite steht, dass die Methode keine Farbtransparenz bietet. Auch kleine und sehr empfindliche Teile sollten so nicht farbig gefertigt werden.

Das Dateiformat muss zu den Farben passen

Auf der Produktionsplattform Xometry haben wir viel Erfahrung mit dem farbigen 3D-Druck gesammelt. Auf unserer Internetseite können industrielle und private Anwender gleichermaßen Aufträge absetzen, die in einem Lieferantennetzwerk ausgeführt werden. Wie bei digitalen Plattformen üblich, wird dazu vorab ein CAD-Modell des Teils hochgeladen. Allerdings enthalten nicht alle Dateiformate Informationen zu den gewünschten Farben. Das gilt zum Beispiel für die Formate '.stl' oder '.catpart'. Wer ein Modell in Farbe drucken möchte sollte daher insbesondere bei MJF eine zusätzliche '.obj'-Datei mit Angaben zur Farbtextur erstellen.

Nachbearbeitung – die Farbe kommt später

Gibt es ein Filament oder Pulver nicht in einer gewünschten Farbe oder die Technologie bietet kein farbiges Druckmaterial, ist die Option Nachbearbeitung sinnvoll. Auch hier stehen unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung:

Sprühlackierung:

Hier wird die Farbe mit Sprühdosen auf das 3D-Teil aufgetragen. Das ist eine einfache und daher sehr verbreitete Färbetechnik. Sie wird auch für konventionell gefertigte Teile verwendet. Der große Nachteil: Die Farbe hält nur auf der Oberflächenebene. Weil sie nicht tiefer ins Material eindringt, ist sie empfindlich gegen Kratzer und Verschleiß. In diesen Fällen wird die natürliche Farbe des Teils wieder sichtbar. Einsetzbar ist die Sprühlackierung im 3D-Druck in folgenden Verfahren: MJF, SLS, SLA, FDM.

Einfärben:

Hier wird der Kunststoff tief eingefärbt. Damit entstehen besonders kräftige Farben, die zudem gegen Abblättern oder Zerkratzen unempfindlich sind. Weil keine dicke Farbschicht aufgetragen wird, kommt es außerdem nicht zum Verlust von Details. Ein so gefärbtes Teil entspricht also am ehesten dem ursprünglichen Design. Das ist besonders wichtig, wenn das 3D-Druckverfahren aufgrund der Komplexität des Designs gewählt wurde. Viele Anwender bevorzugen ihr Produkt komplett in einheitlichem Schwarz, weil sie so ein stimmiges Gesamtbild erhalten. Möglich ist die Methode des Einfärbens bei MJF und SLS.

*Dmitry Kafidov ist Geschäftsführer von Xometry Europe

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