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additive 02.2019

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02 Post-Processing

02 Post-Processing Lösungen für das Oberflächenfinish von additiv hergestellten Metallteilen AM Post-Processing – sicher und automatisiert Die Bandbreite der Drucktechnologien und Materialien für die Additive Fertigung nehmen ständig zu. Die Reinigung und das Oberflächenfinish stellen bei gedruckten Metallteilen allerdings häufig noch eine Herausforderung dar. Neue und weiterentwickelte Verfahren ermöglichen, die Nachbearbeitung prozesssicher, reproduzierbar und automatisiert durchführen. Autorin: Doris Schulz ■■■■■■ Die additive Metallverarbeitung entwickelt sich derzeit rasant. Inzwischen stehen neben den am weitesten verbreiteten Methoden Laserschmelzverfahren (SLM/DMLS) und Elektronenstrahlschmelzen Verfahren zur Verfügung, die auf binderbasierten Systemen wie beispielsweise dem Metallspritzguss (MIM) beruhen. Diese Drucktechnologien ermöglichen, das Bauteil unter anderem aus klassischen MIM-Pulvern aufzubauen und anschließend zu sintern oder auch MIM-gebundene Metallstäbe aufzuschmelzen. Die Oberflächenqualität des Bauteils hängt zwar von der Drucktechnik, dem Design und Werkstoff ab, eine Nachbearbeitung ist in den meisten Fällen jedoch unverzichtbar. Es fallen dabei unterschiedlichste Aufgaben an. Sie reichen vom Entfernen von Bauplatten, Stützstrukturen und Restpulver über die Bearbeitung der meist Bei additiv gefertigten Teilen ist eine Nachbearbeitung der Oberfläche meist unverzichtbar. Dafür stehen inzwischen unterschiedliche automatisierte und automatisierbare Verfahren zur Verfügung, mit denen sich die erforderliche Oberflächengüte reproduzierbar erzielen lässt. Bild: Rösler Deburring Expo Welche Verfahren ermöglichen die prozesssichere und wirtschaftliche Nachbearbeitung additiv gefertigter Teile? Welche neuen Technologien stehen dafür zur Verfügung? Welche Kriterien sind bei der Auswahl des optimal geeigneten Verfahrens zu beachten? Antworten auf diese und viele weitere Fragen bietet die Deburring Expo, vom 8. bis 10. Oktober 2019, auf dem Messegelände Karlsruhe. Das Ausstellungsportfolio umfasst Anlagen, Systeme und Werkzeuge für das Bandschleifen, Bürsten, Strömungsschleifen (Druckfließläppen), Gleitschleifen, Strahlen mit festen und flüssigen Medien, Strahlspanen, magnetabrasives Feinentgraten, Ultraschallentgraten, chemisches Badentgraten, elektrochemisches Entgraten (ECM), Elektronenstrahlentgraten, thermisch-chemisches Entgraten (TEM), mechanisches Entgraten, Polierläppen, Polierhonen, elektrolytisches Polieren, Plasmapolieren, Laserpolieren, Tauch- und Bürstpolieren, Lösungen für die industrielle Bauteilreinigung, Mess-, Prüf- und Analysesysteme für die Qualitätskontrolle sowie Fachliteratur. Weitere Informationen unter: www.deburring-expo.de rauen Oberfläche, beispielsweise Glätten, Polieren und Verrunden, bis zur Reinigung der Werkstücke, um die für nachfolgende Prozesse (z. B. Beschichten, Verkleben, Schweißen) erforderliche Sauberkeit zu erzielen. Bei diesen Fertigungsschritten wird teilweise häufig noch auf Handarbeit gesetzt. Das Resultat sind hohe Kosten und Zeitverluste sowie eine fehlende Reproduzierbarkeit des Ergebnisses. Reproduzierbare und effiziente Nachbearbeitung Erster Schritt bei pulverbettbasierten Verfahren ist nach der groben Entfernung des Pulvers, für das Vibrationsanlagen mit gezielter Schwingungsanregung und automatischem Schwenken des Bauteils zur Verfügung stehen, das Abtrennen der Werkstücke von der Bauplatte. Dies kann durch Erodieren oder Sägen erfolgen, wobei je nach eingesetztem Verfahren Grate und eine Verunrei- 48 additive Juni 2019

nigung durch ein Kühlschmiermittel entsteht, die ebenfalls wieder zu entfernen ist. Um angesinterte Pulverpartikel und Stützstrukturen schnell und prozesssicher zu entfernen, stehen verschiedene Lösungen zur Verfügung. So ermöglicht beispielsweise eine Plug-and-Play-Maschine die vollautomatisierte Entfernung von angesinterten Partikeln und Stützstrukturen in einem Arbeitsschritt. Das Verfahren basiert auf einem chemisch-elektrochemischen Prozess, bei dem die Werkstücke gleichzeitig ohne Verlust der Kantenschärfe geglättet werden. Eine Weiterentwicklung für die Entfernung der Stützstrukturen von Teilen, die in der DMLS-Technik hergestellt wurden, ist das Advanced T.E.M. (Thermal Energy Method). Mit diesem Verfahren lassen sich Supports selbst in unzugänglichen Bereichen, beispielsweise in Kanälen oder Hinterschneidungen, innerhalb weniger Sekunden entfernen. Geht es darum, anhaftendes Restpulver zu entfernen, bieten sich einerseits nasschemische Reinigungsverfahren mit Ultraschall oder zyklischer Nukleation (CNp) und auf den Werkstoff abgestimmten, wässrigen Medien oder Lösemitteln an. Andererseits lässt sich diese Aufgabe mit einem neu entwickelten Strahlverfahren lösen. Es basiert auf einem Wasserstrahlprozess, der kombiniert mit einem schwach abrasiven Strahlmedium durchgeführt wird. Durch die Abstimmung der Parameter wie beispielsweise Art und Größe des Strahlmediums, Wasserdruck und Dauer der Behandlung sowie Teilebewegung lässt sich sicherstellen, dass auch in komplexen Geometrien und Hinterschnitten eine vollständige Entpulverung stattfindet, ohne dass Strahlmit- tel zurückbleibt und Konturen verändert werden. Als trockene Alternative für die Entfernung von Restpulver kommt unter anderem das CO 2 -Schneestrahlen zum Einsatz. Mit dem Verfahren, das sich einfach automatisieren lässt, können die Pulverpartikel ebenfalls aus filigranen Konturen, Hinterschneidungen und komplexen Geometrien eliminiert werden. Oberflächenfinish bauteilgerecht und schnell durchführen Ob Glätten, Polieren, Verrunden oder die Erzeugung definierter Kanten, bei außenliegenden, gut zugänglichen Oberflächen kann dies, wie bei konventionell gefertigten Werkstücken, durch Fräsen, Erodieren, Läppen, Gleitschleifen oder Laserpolieren erfolgen. Bei den innenliegenden Konturen und Flächen sowie den schwer zugänglichen Bereichen 3D-gedruckter Teile stoßen diese Verfahren jedoch schnell an Grenzen. Entsprechend wurden bestehende Technologien auf die Anforderungen additiv gefertigter Teile hin weiterentwickelt beziehungsweise optimiert. Dazu zählen Gleitschliffprozesse mit individuell an die Aufgabe angepassten Verfahrensmitteln. Sie ermöglichen, dass die gewünschte Glättung und das erforderliche Finish – von hochglänzenden bis zu matten, satinierten Oberflächen – innerhalb kurzer Behandlungszeiten erreicht wird. Für Bauteile, deren Oberflächen unter- Die Konturen dieses Mixer-Bauteils wurden in einem AFM-Prozess geglättet und poliert. Bild: Extrude Hone additive Juni 2019 49