Kleben von 3D-gedruckten Bauteilen

Das Kleben von 3D-gedruckten Bauteilen ist eine vorteilhafte Verbindungsmethode, die verschiedene Aspekte der Fertigung und des Designs verbessert. Durch das Kleben werden die Lasten gleichmäßig über die Fügefläche verteilt, was die Spannungsspitzen an den Fügestellen reduziert und die Materialstärke erhält. Das Kleben ermöglicht auch die Verbindung von Bauteilen mit komplexen Geometrien, die sonst schwer zu verbinden wären. Außerdem erlaubt das Kleben die Herstellung von sehr großen oder mehrfarbigen Bauteilen, die die Bauraumgrenzen der Fertigungsmaschinen überschreiten.

Warum Bauteile aus dem 3D-Druck kleben?

Das Kleben additiv gefertigter Bauteile bietet viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Verbindungsmethoden. Es ermöglicht eine gleichmäßige Lastverteilung, erhält die ursprüngliche Materialstärke und ermöglicht die Verbindung von Teilen mit komplexen Geometrien. Die flächige Lastverteilung reduziert auftretende Spannungsspitzen an den Fügestellen und ermöglicht so bestmögliche Ausnutzung der Materialfestigkeit, sowie hohe statische und dynamische Lasten. 

Bei additiv gefertigten Bauteilen, die zu groß für den Bauraum der Fertigungsmaschine sind, lassen sich durch anschließendes Fügen und flächiges Kleben auch sehr große Bauteile herstellen, z.B. Messe- und Demonstrator-Modelle. Bauteile mit unterschiedlichen farbigen Bauteilen, können in Komponenten gefertigt, eingefärbt und anschließend klebend gefügt werden. Bauteile, die zu Filigran sind, um sie zu verschrauben, können mit einer Klebverbindung einfach verbunden werden.  

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Beste Ergebnisse mit dem richtigen Klebstoff für jedes Material

Der Klebstoff geht auf atomarer Ebene eine komplexe Wechselwirkung mit den zu klebenden Oberflächen ein. Diese übertragenen Kräfte der Klebverbindung hängen hierbei stark vom jeweiligen Material und dem passenden Klebstoff ab.

Je nach der Zusammensetzung, der Art und den physikalischen Oberflächeneigenschaften der Werkstoffe sollten jeweils die passenden Klebstoffe eingesetzt werden. Hier unterstützen wir Sie gerne, durch unsere langjährige Erfahrung auf diesem Gebiet.

Kleben von additiv gefertigten Kunststoffen

Allgemein eigenen sich die Oberflächen additiv gefertigte Bauteile gut für das Kleben. Besonders Bauteile die im Selektiven-Lasersinter-Verfahren (SLS) hergestellt sind, weisen eine raue, leicht poröse Oberfläche auf, wodurch eine gute Haftung des Klebstoffs am Bauteil begünstigt wird. Bei sehr glatten Oberflächen, z.B. aus dem Stereolithographie- oder Polyjet-Verfahren müssen vor dem Kleben eventuell angeraut werden. Wichtig ist in jedem Fall, dass die Klebeflächen staub- und fettfrei sind.

Polyamid (PA)

Ein weit verbreitete Materialgruppe, die im SLS-Verfahren eingesetzt werden, sind die Polyamid-Kunststoffe. Hierzu gehören z. B. die auf dem PROTIQ Marketplace erhältlichen Kunststoffe PA6, PA11 und PA12. 

Polyamide zählen zu den polaren Kunststoffen, und weisen eine hohe Chemikalienbeständigkeit auf. Das zählt auch für viele Lösungsmittel, die in verbreiteten Klebstoffen zum Erreichen der Festigkeit beitragen, sodass diese Klebstoffe nicht eingesetzt werden können. Dies führt dazu, dass Polyamide als nicht einfach zu kleben gelten. Es gibt aber eine Bandbreite passender Produkte:

• ▶  Eine Möglichkeit ist der Lösemittelklebstoff Methansäure (Ameisensäure). Die konzentrierte Ameisensäure wird auf beide gereinigten und entfetteten Bauteiloberflächen aufgebracht, und das Polyamid hierdurch angelöst. Die angelösten Oberflächen werden dann gefügt, sodass sich der weiche Kunststoff teilweise miteinander vermischt.
• ▶  Für besonders feste Verbindungen kommen Zwei-Komponenten-Klebstoffe auf Acrylat- oder Epoxidharz-Basis (2K) zum Einsatz. Das Ziel hierbei ist eine Klebverbindung zu schaffen, die fester ist als der Kunststoff selbst. Hierdurch wird sichergestellt, dass die maximale Festigkeit des Kunststoffes ausgenutzt und das Bauteil entsprechend ausgelegt werden kann.
• ▶  Mögliche Alternativen für Einkomponenten-Klebstoffe sind u.a. Cyanacrylatklebstoffe, UV Klebstoffe und manche Epoxidharz- oder Strukturacrylatklebstoffe. Bei PROTIQ verwenden wir für das Verkleben ihrer PA-Bauteile industriellen Cyanacrylat-Sekundenkleber. Hierdurch werden feste, steife Verbindungen erzeugt. Die Klebestelle ist im getrockneten Zustand sehr dünn, und trägt kein zusätzliches Material auf.

Polypropylen

PP ist ein weit verbreiteter Kunststoff, der in vielen Branchen und Anwendungen eingesetzt wird. Im 3D-Druck wird Polypropylen mit dem SLS-Verfahren verarbeitet. Der Kunststoff ist unpolar und ausgesprochen chemisch beständig. Aufgrund seiner abweisenden Oberflächeneigenschaften kann das Kleben von PP eine Herausforderung darstellen.

Allgemein gilt PP als sehr schlecht klebbar und lackierbar. Mithilfe spezieller PP- und PE-Klebstoffe ist es dennoch möglich diese Kunststoffe zu fügen. Hierbei handelt es sich oftmals um 2K-Klebstoffe. Dennoch muss die Bauteiloberfläche eventuell durch eine spezielle Plasmabehandlung vorbehandelt und so palarisiert werden.

Aufgrund der schlechten Eignung bietet PROTIQ das Kleben von PP-Bauteilen nicht als Standard an. Wir empfehlen alternativ auf eine Klemm-, oder Schraubverbindung zurückzugreifen.

Thermoplastisches Polyurethan

TPU ist ein flexibler Kunststoff, der ebenfalls im SLS-Verfahren verarbeitet wird. Der Kunststoff wird aufgrund seiner relativ geringen Shore-Härte und hohen Dehnung für eine Vielzahl an Anwendungen eingesetzt, z.B. Schuhsohlen oder in der Automobilindustrie. TPU ist allgemein gut klebbar, es sollte aber auch hier auf eine saubere und fettfreie Oberfläche geachtet werden. Bei PROTIQ kommt hierfür industriellen Cyanacrylat-Sekundenkleber zum Einsatz. Bei der Verklebung dünner, elastischer Bauteilbereiche ist allerdings ein ebenfalls elastischer Klebstoff zu empfehlen.

Hierdurch verformt sich die Klebestelle auf die gleiche Weise wie der umliegende Kunststoff. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass an den Rändern der Klebestelle keine Spannungsspitzen auftreten und die Kraft großflächig über die Klebefläche übertragen werden kann.

Kunststoffe aus dem Stereolithographie- und Polyjet-Verfahren

Bei den Materialien im SLA- und Polyjet-Verfahren handelt es sich um lichtaushärtende Kunstharze. Diese Harze, auch Photopolymere genannt, gibt es auf Acryl-, Epoxid- oder Vinylbasis. Die ausgehärteten Bauteile eignen sich gut für das Kleben. Allerdings müssen die Oberflächen besonders gut gereinigt werden, da nichtausgehärtetes Kunstharz aus dem Druckprozess die Klebung verhindern kann. Bei sehr glatten Oberflächen empfiehlt sich außerdem ein Aufrauen durch Schleifpapier, Sandstrahlen oder eine spezielle Sprühgrundierung.

• ▶  Cyanacrylat-Klebstoffe: Diese Klebstoffe, auch bekannt als Sekundenkleber, sind sehr effektiv für das Kleben von SLA-Teilen. Sie härtet schnell aus, bietet eine starke Verbindung und kommen ebenfalls bei PROTIQ zum Einsatz.
• ▶  Epoxidharz-Klebstoffe: Diese Klebstoffe sind sehr stark und eignen sich gut für das Kleben von SLA-Teilen. Sie benötigen jedoch eine längere Aushärtezeit.

Kleben von additiv gefertigten Metallen

Auch Metalle können verklebt werden. Besonders in der Automobilindustrie bei der Herstellung der Fahrzeugkarosserie ist das Kleben weit verbreitet. Allgemein lassen sich Metalle, im Gegensatz zu einigen Kunststoffen, sehr gut verkleben. Die bei Metallen auftretenden hohen Lasten müssen allerdings auch von der Klebeverbindung getragen werden können, sodass hier in der Regel auf spezielle Hochleistungsklebstoffe zurückgegriffen wird. Besonders bei additiv gefertigten Bauteilen aus dem SLM-Verfahren, sorgt die die verfahrensbedingt raue Oberfläche, für einen ausgezeichneten Halt der Klebverbindung.

Die Verklebung von Metallen bietet einige Vorteile gegenüber traditionellen Verbindungsmethoden wie Schweißen, Schrauben oder Nieten:

• ▶  Gewichtseinsparung: Klebeverbindungen sind oft leichter als mechanische Verbindungen.
• ▶  Unsichtbare Verbindungen: Klebeverbindungen sind oft unsichtbar, was zu einem saubereren Erscheinungsbild führt.
• ▶  Material-Mix: Kleben ermöglicht die Verbindung von verschiedenen Werkstoffen, die sonst nicht schweißbar sind.

Aufgrund der besonderen Festigkeit der entsprechenden Klebverbindung, werden bei der Verklebung von Metallkomponenten vor allem Zwei-Komponenten-Klebstoffe (2K) zum Einsatz. Neben der Verklebung von flächigen Bauteilkomponente, kommen Klebstoffe außerdem noch zur Fixierung von Schrauben, dem eigentlichen Verbindungselement zum Einsatz. Dieser spezielle Schraubenkleber härtet in den Gewindegängen durch die Abwesenheit von Sauerstoff aus und verhindert ein unbeabsichtigtes Lösen der Schrauben durch Vibration und dynamische Betriebsbeanspruchung.

Haben Sie Fragen oder möchten Sie mehr über unsere Dienstleistungen erfahren? Zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren. Wir freuen uns darauf, Ihnen für ihr individuelles Projekt ein Angebot zu unterbreiten.

Hinweis: Auf dieser Seite werden KI-generierte Bilder genutzt.