Wie beeinflusst die Materialwahl die erreichbare Oberflächenqualität im Prototyping?

Werkstoffeigenschaften und Oberflächenreaktion

Die inhärenten Eigenschaften des Prototypenmaterials bestimmen direkt die erzielbare Oberflächenqualität. Bei der CNC-Bearbeitung spielt die Mikrostruktur eine entscheidende Rolle. So kann die Bearbeitung eines weichen, duktilen Aluminiums wie A360 eine sehr feine, glatte Oberfläche erzeugen, ist jedoch anfällig für Gratbildung. Im Gegensatz dazu lässt sich eine hochsiliziumhaltige Legierung wie A380 sauber bearbeiten, wobei die harten Siliziumpartikel eine leicht körnige Textur hinterlassen können. Ähnlich verhält es sich beim 3D-Druck: Photopolymerharze (SLA) liefern außergewöhnlich glatte Oberflächen, während einige nylonbasierte Verfahren (SLS) eine inhärent körnige Struktur aufweisen, die durch Sandstrahlen vereinheitlicht werden muss.

Zusammenspiel mit den Fähigkeiten des Prototyping-Verfahrens

Das gewählte Fertigungsverfahren wirkt in Kombination mit dem Material auf die resultierende „As-built“-Oberfläche. Das Urethan-Gießen repliziert die Oberfläche des verwendeten Mastermodells exakt. Daher ist die erreichbare Oberflächenqualität unmittelbar von der Qualität des 3D-gedruckten oder CNC-gefrästen Modells abhängig, mit dem die Silikonform hergestellt wird. Ein hochglänzendes Mastermodell führt zu einem hochglänzenden Urethanbauteil, eine strukturierte Oberfläche überträgt exakt diese Struktur. Damit wird die Material- und Prozessauswahl für das Mastermodell zu einem entscheidenden ersten Schritt bei der Festlegung der kosmetischen Qualität des späteren Gussteils.

Nachbearbeitungskompatibilität und Oberflächenveredelung

Die Materialwahl beeinflusst maßgeblich die Wirksamkeit und das Ergebnis von Nachbearbeitungsprozessen. Werkstoffe wie Aluminium und Edelstahl eignen sich hervorragend, um durch Polieren spiegelähnliche Oberflächen zu erzielen. Besonders Aluminiumprototypen können zusätzlich eloxiert werden, wodurch eine harte, integrierte und einfärbbare Oberfläche entsteht. Materialien wie reines Kupfer hingegen lassen sich nur schwer hochglänzend polieren und können nicht eloxiert werden, was die gestalterischen Möglichkeiten einschränkt. Bei Kunststoffen nehmen Urethanharze Lackierungen gut an, wobei Haftung und Endoptik stark von der jeweiligen Harzformulierung abhängen.

Strategische Auswahl für ästhetische und funktionale Anforderungen

Letztlich ist die Entscheidung eine strategische Abwägung. Dient der Prototyp primär der optischen Validierung eines hochglänzenden Konsumprodukts, ist eine Material- und Prozesskombination wie das Fräsen und Polieren von A360-Aluminium oder der Einsatz eines auf Transparenz ausgelegten Urethanharzes essenziell. Handelt es sich hingegen um einen Funktionsprototypen, der Umwelt- oder Belastungstests standhalten muss, sollte das gewählte Gussmaterial nicht nur die mechanischen Eigenschaften simulieren, sondern auch mit robusten Oberflächenverfahren wie der Pulverbeschichtung kompatibel sein, damit die Oberflächenqualität realen Einsatzbedingungen standhält.