Oberflächengüte additiv gefertigter Bauteile erhöhen

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Oberflächenqualität durch Bauprozess oder Nachbehandlung beeinflussen

Bisherige Forschungsarbeiten (beispielsweise Bacchewar, Galantucci oder Pandey) bezüglich der Oberflächenqualität unterscheiden sich grundlegend. Einige beziehen sich auf die Bauteilorientierung oder den Slice-Prozess, also die Zerlegung des Datensatzes in entsprechende Schichtgeometrien, während andere vorrangig den Einfluss verschiedener Fertigungsparameter wie Schichtstärke, Winkeleinstellungen oder Spurbreiten untersuchen. Die tatsächliche Nachbehandlung von Bauteilen wird beim FLM unter anderem in Form der Infiltration oder der mechanischen Bearbeitung während des Herstellungsprozesses betrachtet. Beim Lasersintern wird beispielsweise das Strahlen als autarkes Nachbehandlungsverfahren eingesetzt. Auch mit der chemischen Nachbehandlung haben sich einige Arbeiten befasst, wobei weitere Untersuchungen notwendig sind [5] [6] [7] [8].

Im Fokus der durchgeführten Arbeiten am Lehrstuhl standen primär die Optimierung der geometrischen Produktspezifikationen sowie die Einhaltung der mechanischen Kennwerte. So wurden unter anderem die Rauheit nach DIN EN ISO 4287/4288 ausgewertet, zur Sicherung der mechanischen Eigenschaften Zugstäbe nach DIN EN ISO 527 gefertigt sowie die Shore-D-Härte betrachtet.

Chemische Nachbehandlung von FLM-Bauteilen

Auf Basis einer umfassenden Liste mit bekannten Lösemitteln von ABS erfolgte eine Auswahl von 10 Chemikalien mit möglichst geringen Risikowahrscheinlichkeiten und -auswirkungen. Um die Wirksamkeit und eine optimalen Einwirkzeit zu ermitteln, wurde zunächst ein einfacher Testkörper verwendet und hinsichtlich der Oberflächenrauheit sowie der Formhaltigkeit untersucht. Bild 2 zeigt die sieben Testkörper, bei denen eine Behandlung zu einer Verbesserung der Oberflächenrauheit führt.

Im Vergleich zur unbehandelten Probe (X) ist direkt ersichtlich, dass der typische Treppenstufeneffekt, der bei FLM-Bauteilen schon an zur Bauplattform senkrecht ausgerichteten Flächen zu sehen ist, komplett eliminiert wird. Bei den verwendeten Chemikalien handelt es sich mit aufsteigender Nummer um 4-Methyl-2-Pentanon, Aceton, Chlorbenzol, Ethylacetat, Ethylmethylketon, m-Xylol und Toluol. Die in der Abbildung gezeigten Bauteile wurden jeweils mit der als optimal ermittelten Einwirkzeit behandelt. Diese variiert je nach Chemikalie zwischen 15 s (Aceton) und 30 min (m-Xylol).

Nach der ersten Betrachtung der Wirksamkeit wird anhand eines Testkörpers die Auswirkung auf unterschiedlich orientierte Oberflächen betrachtet. Neben den Flächen mit 0.beziehungsweise 90° Neigung zur Bauplattform wird auch eine Neigung von 30° untersucht, bei der ein stark ausgeprägter Treppenstufeneffekt vorhanden ist.

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