Oberflächengüte additiv gefertigter Bauteile erhöhen

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Temperatur und Wirkdauer beeinflussen Oberflächengüte

Es zeigt sich, dass sowohl Temperatur als auch Wirkdauer einen entscheidenden Einfluss auf die Oberflächengüte haben. Die Erhöhung der Temperatur der untersuchten Wirkmedien hat eine stärkere Oberflächenreaktion zur Folge und dementsprechend eine Minimierung der Rauheit. Bei Decalin und m-Xylol ist eine Verschlechterung der Oberflächengüte ab einer Temperatur von 135 °C zu verzeichnen. Ebenso wirkt sich eine längere Einwirkdauer positiv auf die Rauheit aus. Höchste Änderungen sind innerhalb des ersten Zeitintervalls zu messen, ab einer Reaktionszeit von 2 min verläuft die Funktion regressiv und erreicht bei einer Bearbeitungsdauer von 5 min ihr Minimum.

Nach Überschreiten der definierten Bearbeitungsdauer erhöht sich die Abtragrate, das heißt, das Gewicht aller Probenkörper verringert sich rapide. Eine Maß- und Formeinhaltung ist nicht mehr gewährleistet. Ein ähnliches Bild ergibt sich bei der Betrachtung der Kantenverrundung (ausgewertet nach ISO 13715) infolge der Nachbearbeitung, welche generell schwer zu vermeiden ist, da bei einer Reaktion zunächst Ecken und Kanten angegriffen werden. Lasergesinterte Werkstückkanten weisen nach der Fertigung einen Wert von a = 0,6 mm auf und sind daher nur als begrenzt scharfkantig zu betrachten. Durch optimierte Parametereinstellung kann dieser nahezu konstant gehalten werden. Besonders mit Decalin und Terpentin-Ersatz zeigen sich hier gute Ergebnisse.

Auffällig ist zudem, dass die mechanischen Eigenschaften der nachbehandelten Proben nur geringen Schwankungen unterliegen. Sowohl die Härte, gemessen in Shore-D, Zugfestigkeit, Dehnung bei Zugfestigkeit als auch das Zugmodul weichen um maximal 2 % von unbehandelten Proben ab.

Ungewollte Verfärbungen der Bauteile durch chemische Reaktion

Durch die chemische Reaktion können ungewollte Verfärbungen der Bauteile während der Nachbearbeitung auftreten. Daher wurde zudem die Farbänderung charakterisiert und nach ISO 13655 bewertet. Besonders untersuchte Säuren haben hier starke Farbveränderungen hervorgerufen – wider Erwarten allerdings keine Verbesserung der Oberfläche.

Durch die Erweiterung der Prozesskette additiv gefertigter Bauteile um die chemische Nachbearbeitung ist es gelungen, Qualitätskenngrößen wie die Oberflächengüte maßgeblich zu optimieren. Das hier angewandte Verfahren steigert die Oberflächengüte reproduzierbar um ein Vielfaches, ohne die mechanischen Eigenschaften oder geometrischen Produktspezifikationen negativ zu beeinflussen. Zudem besteht gegenüber alternativen, „konventionellen“ Nachbearbeitungsverfahren der Vorteil, kaum geometrischen Restriktionen zu unterliegen, wodurch sich hier ein großes Potenzial ergibt.

Literatur

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* Oliver Baier und Thomas Reinhardt sind wissenschaftliche Mitarbeiter, Prof. Dr.-Ing. habil Gerd Witt ist Lehrstuhlinhaber am Institut für Produkt Engineering der Universität Duisburg-Essen in 47057 Duisburg

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