Oberflächenrauheit: Ra und Rz im 3D-Druck verständlich erklärt
Oberflächenrauheit beschreibt die feinen Unebenheiten einer Oberfläche, gemessen als Abweichung von einer idealen Linie oder Fläche. Die gebräuchlichsten Kennwerte sind der Mittenrauwert Ra und die gemittelte Rautiefe Rz, beide in Mikrometern. Im 3D-Druck hängt die Rauheit von Schichtdicke, Pulver, Ausrichtung und Nachbearbeitung ab – Mikro-SLM und Lasermikrosintern erreichen laut Partner Ra ≤ 1,5 µm.
Was ist Oberflächenrauheit?
Keine technische Oberfläche ist vollkommen glatt. Vergrößert zeigt sie Spitzen und Täler. Diese feinen, eng beieinanderliegenden Abweichungen nennt man Rauheit. Davon unterscheidet man die Welligkeit – größere, regelmäßige Wellen – und die Formabweichung, etwa eine verbogene Fläche.
Gemessen wird die Rauheit meist mit einem Tastschnittgerät, das eine feine Diamantspitze über die Oberfläche zieht, oder berührungslos mit optischen Verfahren. Aus dem aufgezeichneten Profil werden Kennwerte berechnet.
Für Bauteile mit feinen Details ist die Rauheit eine zentrale Größe. Beim Mikro-SLM gibt unser Forschungs- und Fertigungspartner, ein Laserinstitut in Sachsen, sie deshalb ausdrücklich an.
Ra und Rz: Was sagen die Kennwerte?
| Kennwert | Bedeutung | Stärke und Schwäche |
|---|---|---|
| Ra – Mittenrauwert | Arithmetisches Mittel der Beträge aller Profilabweichungen von der Mittellinie | Robust und weit verbreitet, aber unempfindlich gegenüber einzelnen Spitzen und Riefen |
| Rz – gemittelte Rautiefe | Mittelwert der größten Höhenunterschiede (Spitze bis Tal) aus fünf Einzelmessstrecken | Erfasst Spitzen und Täler besser, reagiert stärker auf Ausreißer |
Rz fällt in der Regel deutlich größer aus als Ra. Eine feste Umrechnung gibt es nicht, weil zwei Oberflächen mit gleichem Ra ganz unterschiedlich aussehen können. Definiert sind die Profilkennwerte in DIN EN ISO 21920-2, die die frühere DIN EN ISO 4287 abgelöst hat.
Warum sind gedruckte Metallteile rau?
Anhaftende Pulverkörner
Am Rand der Schmelzspur schmelzen Körner nur teilweise an und bleiben hängen. Feineres Pulver hinterlässt feinere Körner.
Treppenstufen
Schrägen und Wölbungen werden aus Schichten angenähert. Je dicker die Schicht, desto deutlicher die Stufen.
Unterseiten
Nach unten zeigende Flächen (Downskin) liegen auf losem Pulver oder Stützen und werden meist rauer als Oberseiten und Wände.
Laserbahnen
Auf Deckflächen zeichnen sich die Bahnen des Lasers als feine Rillen ab.
Deshalb unterscheiden sich die Verfahren deutlich. Mikro-SLM mit 5–10 µm Schicht und Lasermikrosintern mit 1–5 µm Schicht erreichen laut unserem Partner eine Rauheit von Ra ≤ 1,5 µm. Beim klassischen SLM mit 20–50 µm Schichten sind die Oberflächen spürbar rauer; beim Makro-SLM ist die Struktur grob, Funktionsflächen werden grundsätzlich zerspant.
Im FDM-Druck prägen dagegen die Schichtlinien die Oberfläche. Bei typischen Schichthöhen von 0,12–0,28 mm sind sie sicht- und fühlbar, besonders an flachen Schrägen.
Oberflächen verbessern und richtig angeben
Nachbearbeitung
- Glasperlstrahlen entfernt anhaftende Partikel und ergibt eine gleichmäßig matte Oberfläche
- Gleitschleifen glättet viele Teile gleichzeitig, rundet aber auch Kanten
- Elektropolieren trägt Spitzen elektrochemisch ab, etwa bei Edelstahl
- Zerspanen oder Schleifen erzeugt definierte Funktionsflächen
In der Zeichnung
- Rauheit nur dort fordern, wo sie funktional nötig ist – an Dicht-, Gleit- und Passflächen
- Ra- oder Rz-Wert direkt an der betreffenden Fläche angeben
- Bearbeitungszugabe vorsehen, wenn eine Fläche zerspant werden soll
Welche Schritte für Metallteile infrage kommen, erläutert die Seite Nachbearbeitung & Veredelung. Den Ra-Wert der Mikroverfahren finden Sie mit allen Kennwerten auf der Seite Mikro-SLM.
Häufige Fragen zur Oberflächenrauheit
Was bedeutet Ra 1,5 µm?
Ra 1,5 µm heißt, dass das Rauheitsprofil im Mittel um 1,5 Mikrometer von seiner Mittellinie abweicht. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist rund 50–100 µm dick. Eine Oberfläche mit Ra ≤ 1,5 µm wirkt glatt, ist aber noch nicht spiegelnd.
Was ist der Unterschied zwischen Ra und Rz?
Ra ist ein Mittelwert über alle Abweichungen und glättet einzelne Ausreißer. Rz mittelt die größten Höhenunterschiede zwischen Spitze und Tal aus fünf Messstrecken und reagiert deshalb stärker auf einzelne Spitzen oder Riefen. Welcher Kennwert sinnvoll ist, hängt von der Funktion der Fläche ab.
Wie glatt werden FDM-Teile?
FDM-Teile zeigen sichtbare Schichtlinien, deren Ausprägung vor allem von der Schichthöhe abhängt; üblich sind 0,12–0,28 mm. Senkrechte Wände wirken glatter als flache Schrägen. Wer eine sehr glatte Oberfläche braucht, plant Schleifen und Lackieren ein. Kunststoffteile fertigen wir selbst im FDM-Verfahren.
Lässt sich die Rauheit schon beim Druck verringern?
Teilweise. Dünnere Schichten, feineres Pulver, eine günstige Ausrichtung und eine angepasste Konturbelichtung verbessern die Oberfläche. Für Funktionsflächen mit engen Anforderungen bleibt eine Nachbearbeitung trotzdem oft der sicherere Weg.
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