Forschung
Zwei Testbauteile aus PA12, die mittels Selektivem Lasersintern hergestellt wurden: links nach der Bestrahlung mit Kunststoffgranulat, rechts ohne Strahlbehandlung. - © Fraunhofer IPA/Foto: Mark Becker
27.02.2022

Additive Fertigung: Bauteile unter Beschuss

Additive Fertigung: Bauteile unter Beschuss

Bisher hat man sich auf Erfahrungswerte gestützt, wenn es darum ging, die Oberflächen additiv gefertigter Bauteile zu bestrahlen. Doch nun haben das Fraunhofer IPA und die Microstrahltechnik-Vertriebs GmbH in einer wissenschaftlichen Versuchsanordnung geklärt, welches Strahlmittel mit welchen Prozessparametern sich am besten für einen bestimmten Werkstoff eignet.

Wenn additiv gefertigte Kunststoffbauteile frisch aus dem 3D-Drucker kommen, wirken sie meist grob und unfertig. Sie sind rau, man erkennt Schichtrillen und speziell beim Lasersintern haften ihnen Pulverreste an. Um die Bauteile zu reinigen und die Oberflächen zu glätten, wird die Strahltechnik, speziell die Druckluftstrahltechnik, eingesetzt. Dabei wird ein festes Strahlmittel, meist mineralischer, metallischer oder synthetischer Basis, mittels Druckluft beschleunigt und auf die Bauteiloberfläche gelenkt, sodass diese bearbeitet wird. Welches Strahlmittel für welchen Werkstoff am besten geeignet ist und mit welchen Prozessparametern die besten Ergebnisse erzielt werden, blieb bisher dem Erfahrungswissen der Anwender überlassen.

Doch nun hat Mark Becker vom Zentrum für additive Produktion (ZAP) am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in enger Zusammenarbeit mit der MST Microstrahltechnik-Vertriebs GmbH aus Reutlingen diese Frage in einer wissenschaftlichen Versuchsanordnung geklärt. Dazu fertigten die Forschungspartner zunächst Musterbauteile aus den drei Thermoplasten Polylactid (PLA), Polyamid (PA12) und Polyetheretherketon (PEEK), die in unterschiedlichen Produktsegmenten für die additive Fertigung relevant sind. Anschließend wurden die Musterbauteile am Fraunhofer IPA automatisiert und bei MST manuell mit Glasbruch, Kunststoffgranulat, Keramikkugeln oder dem Mineral Korund bestrahlt.

Wissen um richtige Strahlbehandlung ist bares Geld wert

Vor und nach der Strahlbehandlung wurde die Rauheit der Musterbauteile gemessen. Dabei zeigte sich beispielsweise, dass Bauteile aus PLA eine gute Oberflächenverbesserung aufweisen, wenn sie mit Glasbruch bestrahlt worden sind. Außerdem konnte nachgewiesen werden, dass der automatisierte Strahlprozess gleichmäßigere und glattere Oberflächen hervorbringt als die manuelle Strahlbehandlung.

Das Wissen um die richtige Strahlbehandlung ist bares Geld wert. Denn einerseits unterscheiden sich die Materialkosten je nach Strahlmittel und andererseits bedürfen die Bauteile je nach Druckverfahren mehr oder weniger dringend einer Strahlbehandlung. „Vor allem beim Hochtemperaturkunststoff PEEK, der in der Medizintechnik gefragt ist, rächt sich das falsche Strahlmittel“, sagt Becker. „Der Werkstoff ist recht teuer und schwierig zu drucken. Da ist es ganz besonders ärgerlich, wenn man das Bauteil bei der Strahlbehandlung versehentlich unbrauchbar macht.“

(Quelle: Presseinformation des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Autimatisierung IPA)

Schlagworte

Additive FertigungDruckstrahltechnikLasersinternThermoplasten

Verwandte Artikel

20.05.2022

Kleine Losgrößen automatisiert schweißen – bald auch für KMUs selbstverständlich?

Investitionen in Robotik sind in der Regel mit hohen Kosten verbunden. Zahlt sich das auch für kleine und mittlere Betriebe aus, wo normalerweise unterschiedliche Bauteil...

Additive Fertigung Automatisiertes Schweißen Cobot Schweißen Datenmanagement Fachkräftemangel Roboterschweißen Schweißen Schweißtechnik Sensorik WAAM
Mehr erfahren
09.05.2022

Innovative Lösungen mit dem Laser

Alle zwei Jahre zeichnet der Innovation Award Laser Technology herausragende Innovationen im Bereich der Lasertechnik aus. Am Abend des 4. Mai wurde er im Rahmen des „AKL...

Additive Fertigung E-Mobilität Lasertechnik Lasertechnologien Oberflächenveredelung Sensorik Ultrakurzpulslaser
Mehr erfahren
Additive Fertigung eines Kupferbauteils unter Einsatz blauer Diodenlaser.
22.04.2022

Laserline zeigt blauen Diodenlaser mit 3 kW CW-Ausgangsleistung

Der Laserline Messeaufritt auf der Laser World of Photonics 2022 steht ganz im Zeichen technologischer Innovation. Vorgestellt werden der weltweit erste blaue Diodenlaser...

Additive Fertigung Beschichten Kupferbauteile Kupferlegierungen Lasertechnologien Schweißen
Mehr erfahren
Konzipiert ist POWDERscreen für das Laserauftragschweißen, bei dem Spezialdüsen konzentrierte Ströme aus Metallpulver genau in den Fokus eines Laserstrahls fördern. Der schmilzt das Pulver auf der Werkstückoberfläche auf, um komplexe 3D-Strukturen zu erzeugen.
21.04.2022

POWDERscreen überwacht Pulverströme in die Laserschmelze

Das Fraunhofer-Institut IWS entwickelt eine moderne Mess- und Regeltechnik, mit der sich additive Verfahren viel effektiver als bisher einsetzen lassen. Dazu gehört der P...

3D-Druck Additive Fertigung Laserauftragschweißen Lasertechnologien Messtechnik
Mehr erfahren
Prof. Thomas Weißgärber als Institutsleiter des Fraunhofer IFAM berufen.
12.04.2022

Prof. Thomas Weißgärber als Institutsleiter des Fraunhofer IFAM berufen

Zum 1. April 2022 ist Prof. Thomas Weißgärber als neuer Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM berufen worde...

Additive Fertigung Fertigungstechnik Materialforschung Pulvermetallurgie
Mehr erfahren