Wie man 3D-gedruckte Teile mit Polyamid einfärbt

Nylon oder Polyamid (PA) ist eines der am weitesten verbreiteten Polymere im professionellen 3D-Druck. Dies liegt an seinen ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften wie Schlagfestigkeit, Flexibilität, chemische Beständigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit.

Das Material wird derzeit in Granulat, Filament oder Pulver je nachdem, ob ein FDM-3D-Drucker oder SLS-3D-Druckausrüstung verwendet wird, eingesetzt.

Trotz der Unterschiede in der Natur jeder Herstellungstechnologie sind 3D-gedruckte Polyamidteile unglaublich stark und ermöglichen die Herstellung funktionaler Prototypen oder Endteile.

Bild 1: Spule und Teile, die mit Polyamid 6 mittels FDM-3D-Druck hergestellt wurden. Quelle: Smart Materials.

Wie viele andere technische Materialien werden sie im Allgemeinen in ihrer "natürlichen" Version, ohne Farbstoffzusätze, gekauft. Daher haben diese Arten von Filamenten oder Pulvern in der Regel eine weiße oder cremefarbene Nuance, die in einigen Fällen nicht für die entsprechende Anwendung geeignet sein kann. Es gibt Fälle, in denen die Notwendigkeit entstehen kann, Oberflächen in verschiedenen Farben zu erhalten.

Um 3D-gedruckte Teile mit Polyamid zu färben, muss berücksichtigt werden, dass es sich um ein synthetisches Material handelt, sodass ein spezieller Farbstoff für synthetische Materialien verwendet werden muss, wie RIT-Synthetikfarbstoff, der in einer breiten Palette von Farben erhältlich ist.

Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist die hygroskopische Natur von Nylon. Das bedeutet, dass Nylon die Fähigkeit hat, Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen, was beim Lagern und Verarbeiten des Materials ein Handicap darstellt, da Feuchtigkeit den Druckprozess beeinträchtigen und sogar zu Druckfehlern führen kann. Aus diesem Grund wird empfohlen, den Färbeprozess nur mit Endteilen und nicht mit dem unbehandelten Material durchzuführen.

Der Färbeprozess erfordert eine vorherige Vorbereitung der 3D-gedruckten Teile, abhängig von der verwendeten Herstellungstechnologie:

• FDM-3D-Druck: Wenn Sie Teile, die mit der FDM-Technologie gedruckt wurden, färben möchten, müssen Sie die Substrate entfernen und die Teile vor dem Färben nachbearbeiten. Es ist wichtig, die Unterseite der Teile zu reinigen, insbesondere wenn Klebstoff verwendet wurde.
• SLS-3D-Druck: Wenn der Benutzer mit der SLS-3D-Drucktechnologie arbeitet, sollte überschüssiges Pulver zuerst manuell entfernt und dann mit einer Druckluftpistole entfernt werden. Danach wird empfohlen, die Teile mit lauwarmem Wasser zu waschen.

Bild 2: Staubentfernungsprozess von 3D-gedruckten Teilen mit SLS-Technologie. Quelle: Filament2print.

An diesem Punkt wären die Teile bereit, gefärbt zu werden. Dazu müssen die folgenden Schritte befolgt werden:

1. Auswahl des Farbstoffs

Der Benutzer muss beachten, dass der gewählte Farbstoff für synthetische Materialien wie Nylon geeignet sein muss. Wenn ein Farbstoff für Naturfasern verwendet wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass die gewünschten Ergebnisse nicht erzielt werden.

Bei Filament2print empfehlen wir RIT-Farbstoffe, mit denen wir seit Jahren mit exzellenten Ergebnissen arbeiten. Darüber hinaus haben sie eine breite Palette von Farben und ermöglichen es sogar, mehrere Farben zu mischen, um individuelle Schattierungen zu erreichen.

Bild 3: RIT-Farbskala. Quelle: Filament2print.

2. Den Farbstoff verdünnen

Nachdem die Farbe ausgewählt wurde, muss der Benutzer die Wasser- und Farbstofflösung vorbereiten. Ein Verhältnis, das in der Regel gute Ergebnisse liefert, wäre 5:1. Es sollte beachtet werden, dass das Verhältnis dieser Lösung das erzielte Ergebnis direkt beeinflusst. Wenn ein intensiverer Farbton gewünscht wird, sollte das Wasser-Verhältnis verringert werden, während bei einem weniger intensiven Finish das Verhältnis von Wasser zu Farbstoff erhöht werden kann.

Andererseits ist es sehr wichtig, das benötigte Flüssigkeitsvolumen zu berechnen, um das Stück vollständig einzutauchen.

3. Die Lösung erhitzen

Der nächste Schritt besteht darin, die Lösung zu erhitzen. Auch die Temperatur ist ein entscheidender Faktor für das Finish der gefärbten Teile. Dieser Parameter hängt in hohem Maße von der verwendeten Farbe ab, aber wir können sagen, dass sie etwa 60-80 ºC betragen sollte. Unter 60ºC kann der Farbstoff möglicherweise nicht gut in das Stück eindringen, und über 80ºC kann das Stück verformt werden.

Unter Berücksichtigung dieses Schritts wird empfohlen, einen isolierten Behälter zu verwenden, damit die Wärme nicht leicht abgeleitet wird und während des gesamten Prozesses aufrechterhalten wird.

4. Die Teile einlegen

Wenn die Lösung die richtige Temperatur erreicht hat, können die 3D-gedruckten Teile in den Behälter mit der Farbstofflösung gelegt werden.

Bild 4: Einführung von 3D-gedruckten Teilen in die Färbungslösung. Quelle: Filament2print.

Die Teile müssen vollständig eingetaucht sein, und der Benutzer muss sicherstellen, dass sie nicht schwimmen, da dies bedeuten würde, dass ein Teil des Teils den Farbstoff nicht richtig aufnimmt und zu einem ungleichmäßigen Farbton führen würde. Das gleiche Problem würde im Fall der Färbung mehrerer Teile gleichzeitig auftreten, wenn sie miteinander in Kontakt kommen.

5. Färbungszeit

Die Färbungszeit kann je nach gewünschter Farbe und Sättigung variieren. Es ist ratsam, die Teile von Zeit zu Zeit aus der Lösung zu nehmen, um die Entwicklung der Färbung zu sehen, und sie endgültig zu entfernen, wenn das gewünschte Finish erreicht ist.

Je länger das Stück in der Lösung bleibt, desto dunkler wird die endgültige Farbe sein. Unten sehen Sie, wie ein hellerer oder dunklerer Abschluss je nach Färbungszeit erreicht wird.

Bild 5: Farbe je nach Färbungszeit. Quelle: Filament2print.

6. Reinigung

Nachdem die Teile aus der Lösung entfernt wurden, sollten sie unter fließendem Wasser gespült werden, um überschüssigen Farbstoff zu entfernen. Die Teile sollten dann auf einem Papiertuch platziert und einige Minuten lang trocknen gelassen werden.

Schließlich, wenn der Färbeprozess korrekt durchgeführt wurde, erhält der Benutzer gleichmäßig gefärbte Teile. Es sollte berücksichtigt werden, dass sowohl das Verhältnis von Farbstoff zu Wasser als auch die verwendete Temperatur und die Färbungszeit das Finish der Teile direkt beeinflussen werden, daher wird empfohlen, Tests durchzuführen, bis das gewünschte Ergebnis erzielt wird.

Dank synthetischer Farbstoffe ist es zweifellos möglich, eine Vielzahl individueller Oberflächen in 3D-gedruckten Teilen mit Polyamid zu erhalten, was Unternehmen eine große gestalterische Freiheit und die Möglichkeit bietet, ihre Teile zu personalisieren und sie von anderen zu unterscheiden.