Formnext - Technologien für die Nacharbeit von Oberflächen und deren Veredelung

Das Plasmapolieren ist ein Verfahren mit dem beliebige Konturen nachgearbeitet werden können. Dafür ist keine Vorbehandlung oder eine spezielle Reinigung notwendig. Bei dem Verfahren werden umweltfreundliche Elektrolyte (Salzlösungen) verwendet und es kommt nicht zum Einsatz von umweltschädlichen Substanzen und hochkonzentrierten Säuren. Weiterhin haben strukturierte Oberflächen nachweislich einen positiven Einfluss auf das Reinigungsergebnis, was u.a. für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie von Vorteil ist.

Das Stream Finishing ist eine Variante des Gleitspanens und dient der Oberflächenbearbeitung. Das Verfahren ermöglicht ein gleichzeitiges Bearbeiten von mehreren Teilen in Chargen und lässt sich sehr gut automatisieren. Je nach Anforderungen können viele verschiedene Verfahren zum Einsatz kommen. Als Endergebnis enstehen sehr glatte bis polierte Oberflächen mit Ra < 0,1 μm je nach Anzahl der Schleifprozesse und vorheriger Oberfläche.

Bei der selektiven Mehrfarbenbeschichtung handelt es sich um oversprayfreies Lackieren ohne Maskierung und ohne Lackverlust. Zunächst wird das biegeschlaffe Bauteil in einer Zelle grobpositioniert. Danach erfolgt ein Laserscanning zur Lage- und Positionserkennung, wobei eine Punktwolke der Bauteiloberfläche aufgenommen wird. Anschließend wird das Dekor oversprayfrei auflackiert.

Das Gleitschleifen spielt eine entscheidende Rolle in der Nachbearbeitung von Metallteilen, die durch additive Fertigung hergestellt werden, und verbessert sowohl das Erscheinungsbild als auch die Leistung. Bei diesem Prozess werden die Teile in eine Gleitschleifkammer zusammen mit Schleifmitteln, typischerweise in Form von Keramik- oder Kunststoffpellets, gelegt. Die Kammer vibriert, wodurch die Schleifmittel wiederholt auf die Oberfläche der Teile treffen, unerwünschte Grate entfernen, scharfe Kanten abrunden und die Oberflächenrauheit allgemein reduzieren.

Diese Oberflächenverfeinerung verbessert nicht nur die Ästhetik; sie ist auch für die funktionale Verbesserung unerlässlich. Das Gleitschleifen erhöht die Ermüdungsbeständigkeit und die Gesamtbeständigkeit der Teile, wodurch sie besser für Anwendungen mit hoher Belastung geeignet sind. Darüber hinaus erzeugt es ein einheitliches Finish, das die Verschleißfestigkeit verbessert und die Reibung in beweglichen Komponenten reduziert. Dieser Prozess gewährleistet eine konsistente und präzise Oberflächenqualität, die für die Einhaltung industrieller Standards und die Sicherstellung einer zuverlässigen, langlebigen Leistung unerlässlich ist. Für Branchen, die hohe Präzision verlangen, wie die Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie die Medizingeräteindustrie, ist das Gleitschleifen ein entscheidender Schritt, um das erforderliche Niveau an Komponentenqualität und Funktionalität zu erreichen.

Am Fraunhofer IGCV sind wir Pioniere eines Multimaterialprozesses in der additiven Fertigung, der es uns ermöglicht, mehrere Materialien in einer Komponente zu kombinieren. Dieser Ansatz erlaubt es uns, Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften auf Voxel-Ebene genau dort anzuwenden, wo sie benötigt werden – sei es für mechanische Festigkeit, thermische oder elektrische Leitfähigkeit. Das Ergebnis ist eine für ihre Anwendung optimierte Komponente, die eine verbesserte Leistung bietet und in einem einzigen Prozess hergestellt wird. Dieser Pulverbett-basierte Herstellungsprozess arbeitet nach dem charakteristischen Schicht-für-Schicht-Prinzip der additiven Fertigung. Nachdem eine feine Pulverschicht aufgetragen wurde, schmilzt und verfestigt ein Laser selektiv das Pulver in den vorgesehenen Bereichen. Die Bauplatte wird danach um eine Schicht abgesenkt und der Vorgang wiederholt. Beim Multimaterialprozess wird ein zusätzliches Material eingebracht, indem zunächst Material A durch Absaugen entfernt wird, wodurch freie Bereiche entstehen, in die Material B eingebracht werden kann. Dadurch ist es möglich, während der Produktion zwischen zwei Materialien zu wechseln.

Beim Laserstrahlstrukturieren wird ein Laserstrahl in die Werkstückoberfläche eingekoppelt, sodass Material sublimiert wird. Als Prozessmedien werden dabei Schutzgase, wie Argon eingesetzt. Nach dem Prozess weist das Werkstück eine Oberflächenrauheit von 0,25 < Ra < 0,4 µm auf, abhängig von der Homogenität des Materials. Der Prozess ist vorallem für Werkstücke aus Metallen vorgesehen.

Beim Fräsen wird ein Materialabtrag durch Relativbewegungen der rotierenden Schneiden des Fräswerkzeugs mit geometrisch definierter Schneide hervorgerufen. Die dabei enstehende Prozesswärme wird durch Kühlschmiermittel (Gemische aus Öl und Wasser) und Späne an die Umgebung abgeführt. Nach dem Prozess weist das Werkstück eine Oberflächenrauheit von 0,2 µm < Ra < 25 µm auf. Der Prozess ist für Werkstücke aus z.B. Aluminium, Stahl oder Titan anwendbar.

Die plasmaunterstützte additive Fertigung ermöglicht eine Plasmabehandlung von 3D-gedruckten Polymeroberflächen. Außerdem kann die freie Oberflächenenergie signifikant verbessert werden sowie die Haftung von Sprühfarbe und Epoxid Klebstoff auf unpolaren Polymeren.

Additive Fertigungstechnologien bieten eine prozessbedingt hohe geometrische Gestaltungsfreiheit bei gleichzeitig stabilen Produktionskosten. Allerdings erfordern sie während des additiven Herstellungsprozesses jedoch Stützstrukturen, welche anschließend aufwändig (und weitestgehend manuell) entfernt werden müssen. Um diese Adaptionsbarriere insbesondere für Industrieunternehmen zu minimieren, ist ein hoher Automatisierungsgrad zur Optimierung des Prozessschrittes notwendig.

Eine robotergestützte Stützstrukturentfernung kann dabei helfen, nicht nur den Kosten- sowie Zeitaufwand zu reduzieren, sondern zusätzlich auch den Personalaufwand und erforderliche Sicherheitsanforderungen. Wichtige Optimierungsschwerpunkte für die weiterführende Prozessoptimierung sind daher eine automatisierte Prozessüberwachung sowie Bahnplanung für die Roboterbewegung.

Mit der mechanischen Stützstrukturentfernung mit Hilfe eines roboterbasierten Meißel-Prozesses ist es möglich, einen Großteil der von außen zugänglichen Stützstrukturen vom Bauteil zu entfernen und den erforderlichen Personalaufwand signifikant zu reduzieren. Insbesondere in der Serienfertigung können immer gleiche Bauteile mittels repetitiven Bewegungen des Roboters von Stützstrukturen befreit und die Sicherheitsanforderungen durch die fehlende manuelle Zuarbeit erheblich reduziert werden.