Klarer, transluzenter und transparenter 3D-Kunststoffdruck

Klare, durchscheinende und transparente 3D-Druckteile sind für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich. Diese Teile mit unterschiedlichem Klarheitsgrad werden hauptsächlich aus einem oder mehreren der folgenden Gründe gedruckt: Sichtbarkeit, um zu sehen, was sich in ihnen befindet, die Fähigkeit, Licht durch sie hindurchzulassen, und ästhetische Gründe.

Die Fähigkeit, durch ein durchsichtiges 3D-gedrucktes Kunststoffteil hindurchzusehen, hängt von dem verwendeten Material ab. Der Unterschied zwischen Kunststoffteilen mit Transparenz- oder Klarheitsklassifizierungen wie klar, transluzent oder transparent muss verstanden werden, bevor 3D-Druckmaterialien spezifiziert oder Druckverfahren ausgewählt werden. Es ist auch wichtig zu verstehen, wie Brechung, spiegelnde Reflexion, diffuse Reflexion und Absorption die Transparenz eines Objekts verändern.

Spiegelreflexion (auch Reflexion genannt) tritt auf, wenn fast alle Lichtstrahlen, die auf eine Oberfläche treffen, in einer einzigen Richtung von der Oberfläche abprallen, z. B. bei Spiegeln.
Diffuse Reflexion liegt vor, wenn fast alle Lichtstrahlen, die auf eine Oberfläche treffen, in eine Vielzahl von Richtungen abprallen, z. B. bei nicht glänzenden lackierten Oberflächen.
Absorption bezeichnet ein Phänomen, bei dem fast das gesamte auf eine Oberfläche auftreffende Licht vom Material selbst absorbiert wird, z. B. bei schwarzen Kreidetafeln.
Brechung tritt auf, wenn Licht durch ein Material, z. B. Glas oder Wasser, durchgelassen wird.
Transparente Gegenstände neigen dazu, das Licht zu brechen oder zuzulassen, dass es überwiegend durch sie hindurchgeht, anstatt dass es von der Oberfläche abprallt. Licht bewegt sich durch verschiedene Materialien mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Die Geschwindigkeit, mit der es sich durch ein Material bewegt, oder der Brechungsindex, ist ein Indikator für die Transparenz des Materials.  Genauer gesagt, ist der Brechungsindex das Verhältnis zwischen der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und der Lichtgeschwindigkeit in einem Medium. Wie aus den Angaben in der folgenden Tabelle hervorgeht, ist ein Material umso weniger durchsichtig, je höher der Brechungsindex ist:

• Luft: 1,0003
• Polycarbonat: 1.052
• Wasser: 1,33
• Polymilchsäure (PLA): 1,450
• Acryl: 1.489
• Polyethylenterephthalat (PET): 1.549
• Quarz: 1,533-1,544
• Steinsalz: 1,544
• Aluminium: 1,667
• Diamant: 2,417

Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass einige gängige 3D-Druckmaterialien aufgrund ihres relativ hohen Brechungsindexes nicht optimal sind, wenn man einen klaren 3D-Druck durchführen möchte.

Klare 3D-gedruckte Teile

Ein klares 3D-Druckteil ist in einer bestimmten Farbe eingefärbt, also nicht vollständig transparent. Klare 3D-Druckteile sind relativ durchsichtig, aber sie sind in der Regel nicht auf eine Endbearbeitung poliert, die das gesamte Licht vollständig durchlässt. Sie haben in der Regel einen höheren Brechungsindex als ein nicht eingefärbtes, durchsichtiges oder transparentes 3D-Druckteil. Nachbearbeitungsmethoden wie Sprühbeschichtung, Polieren und das Eintauchen in Kunstharz können dazu beitragen, bei durchsichtigen 3D-gedruckten Teilen einen höheren Grad an Transparenz zu erreichen. Manchmal werden, wie in diesem Artikel, klare 3D-Druckteile verwendet, um sich auf farblich getönte oder nicht getönte Teile zu beziehen.

Transluzente 3D-gedruckte Teile

Transluzente 3D-Druckteile sind relativ durchsichtig, d. h., dass etwas Licht durch sie hindurchfällt. Transluzenter 3D-Druck oder transluzenter 3D-Druck ergibt ein Lichtmuster durch das Material mit einem erheblichen Anteil an Streuung oder Verzerrung. Wenn ein bedrucktes Papier mit Text auf einer Seite eines lichtdurchlässigen 3D-Druckteils platziert und von der anderen Seite des Teils aus gelesen wird, ist der Text nicht lesbar, weil er unscharf oder undeutlich ist. Das liegt daran, dass das Licht innerhalb des Materials mehrmals die Richtung wechselt, wobei es teilweise reflektiert und teilweise gebrochen wird. Aus diesem Grund haben lichtdurchlässige Materialien einen relativ hohen Brechungsindex. Beispiele für lichtdurchlässige Materialien sind getönte Autoscheiben, Wachspapier, Pflanzenöl, Buntglas und mattierte Glastüren in der Dusche.

Transparente 3D-gedruckte Teile

Transparente 3D-Druckteile haben eine hohe Lichtdurchlässigkeit, die auf das Phänomen der Lichtbrechung zurückzuführen ist. Daher haben transparente Materialien in der Regel einen niedrigen Brechungsindex (das Licht durchdringt sie mit einer ähnlichen Geschwindigkeit wie das Licht ein Vakuum durchläuft). Zu beachten ist auch, dass einige Materialien mit einem höheren Brechungsindex auch ein geringeres Reflexionsvermögen aufweisen können, was zu einer höheren Transparenz führt als bei anderen Materialien mit demselben Brechungsindex. In der Regel haben Materialien mit einem höheren Brechungsindex ein höheres Reflexionsvermögen und einen geringeren Anteil an Transparenz. Die folgende Gleichung liefert eine Berechnung für die prozentuale Transparenz in Abhängigkeit vom Brechungsindex:

T=1-2*(n-1)²(n+1)²

Wobei: T=Prozentuale Transparenz

N=Brechungsindex

HINWEIS: Der Wert in den Klammern ist der Reflexionsgrad.

Der größte Teil des durchfallenden Lichts wird in einem transparenten Material nicht in verschiedene Richtungen reflektiert. Das bedeutet, dass Text, der auf einer Seite eines 3D-gedruckten transparenten Teils angebracht ist, auch von der anderen Seite des Teils lesbar ist. Transparente Materialien sind überall um uns herum zu finden; Beispiele sind Luft und Glas.

Ja, klare oder transparente Kunststoffteile können 3D-gedruckt werden. Die optimale Methode für 3D-gedruckte klare oder transparente Kunststoffteile ist der Stereolithografie- oder SLA-3D-Druck. Beim 3D-Druck mit Filamenten kann es vorkommen, dass die gewünschte Transparenz nicht erreicht wird, weil zwischen den Materialschichten ein kleiner Spalt entsteht. Dies führt dazu, dass das Licht innerhalb des Teils umherspringt, was den Brechungsindex verringert und das Reflexionsvermögen erhöht. Der Polyjet-3D-Druck ist eine weitere hervorragende Methode für den 3D-Druck klarer oder transparenter Teile. Diese Methode des 3D-Drucks ermöglicht die Verwendung von Materialien wie UV-härtenden Harzen und erzeugt glatte Teile.

Hier sind ein paar hilfreiche Tipps für den Druck klarer oder transparenter 3D-Druckteile:

• Verwenden Sie einen flexiblen Harzbehälter, um die Schälkräfte zu verringern.
• Drucken Sie transparente 3D-Kunststoffteile mit einer glatten Endbearbeitung
• Verwenden Sie Nachbearbeitungsschritte, um die Transparenz der 3D-gedruckten Teile weiter zu verbessern.
• Erforschen und/oder testen Sie verschiedene Druckereinstellungen wie Extrusionstemperatur, Druckbetttemperatur, Schichtdicke, Extrusionsdüsendurchmesser, Druckgeschwindigkeit und Flussrate.

Post-3D-Druckverfahren können die Transparenz eines klaren 3D-Druckteils verbessern. Einfache 3D-gedruckte transparente Teile können geschliffen und poliert werden, um das Reflexionsvermögen der Oberfläche zu verbessern und Unregelmäßigkeiten auszugleichen. Mit Mineralöl kann eine halbtransparente, glatte Endbearbeitung erzielt werden, die Lichtflecken auf einem klaren 3D-Druckteil verdeckt. Eine klare Beschichtung mit oder ohne vorheriges Schleifen erzeugt ebenfalls transparentere Teile. Diese Methode wird zum Beispiel für Flaschen und Verpackungen verwendet. Die Palette der Klarlacke reicht von einfachen, handelsüblichen Produkten wie denen von Rustoleum bis hin zu teureren und komplexeren Sprays, wie z. B. Acryl-Urethan. Die Harzbeschichtung ist eine hervorragende Nachbearbeitungsmethode, um sehr transparente 3D-Druckteile zu erhalten. Die Harzbeschichtung erzeugt eine glatte, klare Oberfläche mit scharfen Oberflächenreflexionen. Sie kann die Detailgenauigkeit verringern, bietet aber eine äußerst glatte Oberfläche.

Klare, transparente oder lichtdurchlässige 3D-Druckteile haben eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Eine der innovativsten Anwendungen ist der Druck von Prototypenteilen. Bei Prototypenteilen, die Teil einer beweglichen Baugruppe sind, ermöglicht es die Transparenz den Prüfern oder Konstrukteuren, durch die Teile hindurchzusehen und die Interaktion zwischen den Komponenten in der Baugruppe zu beobachten. Komponenten, die für die Verteilung oder Übertragung von Licht für optische Anwendungen verwendet werden, sind ebenfalls gute Anwendungen für den klaren oder transparenten 3D-Druck. Beispiele für entsprechende optische Komponenten sind LED-Gehäuse, Lichtleiter und dekorative LED-Lichtabdeckungen. Klare 3D-Druckteile werden auch in der Elektronikindustrie für Abdeckungen, Sichtfenster oder Kappen verwendet. Auch bei Konsumgütern werden häufig klare 3D-Druckteile für Türen, dekorative Komponenten oder Sichtfenster verwendet. Schließlich wird der 3D-Klarsichtdruck auch gerne für dekorative oder künstlerische Renderings verwendet. Der 3D-Druck von durchsichtigen oder transparenten Teilen ermöglicht es Künstlern, einzigartige Werke zu schaffen, bei denen sie das Muster des Lichts, das durch das Material dringt, nutzen können, um dem Kunstwerk eine zusätzliche Ebene visueller Tiefe zu verleihen.