Additive Fertigung Oberflächengüte additiv gefertigter Bauteile erhöhen

Mit Rapid-Techniken werden zunehmend auch Endprodukte gefertigt, doch damit steigen die Anforderungen an die Bauteilqualität. Deshalb wurden Versuche zur Nachbehandlung von Kunststoffbauteilen durchgeführt. Sie zeigten, dass ein chemisches Verfahren die Oberflächengüte um ein Vielfaches steigern kann.

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Die verhältnismäßig neue Technologie der additiven Fertigung fasst alle Verfahren zusammen, die Bauteile auf Basis von 3D-CAD-Modellen durch schichtweises Auf- oder Aneinanderfügen von Volumenelementen herstellen [1]. In den letzten Jahren wurden die Verfahren durch die starke Verbreitung der 3D-Drucker allgemein bekannt. Dabei handelt es sich um Anlagen für den Privatgebrauch, die nach dem Prinzip des Fused Layer Modeling (FLM), einem der additiven Verfahren, arbeiten. In den Jahren 2008 bis 2011 stieg die Anzahl der verkauften Anlagen unter 5000 $ um durchschnittlich 346 % pro Jahr von 355 auf 24.265 Anlagen. 2012 waren es 35.508 Anlagen, was einem Wachstum von 46,3 % entspricht [2]. Beim Einsatz additiver Verfahren wird nach VDI-Richtlinie 3404 grundsätzlich unterschieden zwischen der reinen Prototypenherstellung, dem Rapid Prototyping (RP), der Nutzung im Werkzeug- und Formenbau, dem Rapid Tooling (RT), und der Herstellung von Endprodukten, dem Rapid Manufacturing (RM) [3].

Beim Rapid Manufacturing steigen Ansprüche an Bauteilqualität

Durch die individualisierte Massenproduktion sowie kürzere Produktlebenszeiten verlagert sich der Anwendungsbereich zurzeit immer weiter weg vom RP hin zum RM [4]. Dadurch steigen neben den Anforderungen an den Prozess und die Wirtschaftlichkeit in erster Linie die an die Bauteilqualität. Vor diesem Hintergrund wurden am Lehrstuhl Fertigungstechnik der Universität Duisburg-Essen Versuche zur Nachbehandlung von Kunststoffbauteilen durch das Tauchen in Chemikalien untersucht. Betrachtet wurden dabei Lasersinter- und FLM-Bauteile.

Das Verfahren FLM stellt Bauteile durch Aufschmelzen und lokales Auftragen eines thermoplastischen Materials auf einer Bauplattform oder einer zuvor erzeugten Schicht her. Der breiten Öffentlichkeit ist das FLM vorrangig unter dem Begriff des 3D-Druckens bekannt und findet weite Verbreitung auch im privaten Bereich. Das verwendete System Dimension SST 1200es besitzt einen in der x-y-Ebene verfahrbaren Druckkopf mit einer Düse für das Support- und einer für das Baumaterial. Die Bewegung in Z-Richtung erfolgt über das Absenken der Bauplattform.

Innerhalb des Lasersinterprozesses werden die Schichten des Bauteils durch einen CO₂-Laser selektiv aufgeschmolzen, mit der darunter liegenden Schicht verbunden und durch Abkühlen verfestigt. Durch das Anheben der Pulvervorratsbehälter wird die erneute Materialzustellung einer neuen Schicht realisiert. Eine Auftrageinheit (Rakel oder Walze) bringt die neue Pulverschicht homogen auf die abgesenkte Bauplattform auf. Sind alle Schichten des Bauprozesses erzeugt, wird der Pulverkuchen mit den innen liegenden Bauteilen kontrolliert abgekühlt und die Bauteile können entnommen werden.

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