Additive Fertigung Oberflächennachbearbeiten eines SLM-Ventils mit Tauchgleitläppen

Beim additiven Fertigungsverfahren Selective Laser Melting liegen aufgrund der hohen Temperatur des Lasers und damit der Verhärtungen des Gefüges die Oberflächenrauheiten über den zeitgemäßen Erwartungen. Forscher haben untersucht, inwiefern das Tauchgleitläppen für die Nachbearbeitung der Bauteile geeignet ist.

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Selective Laser Melting (SLM) ist ein relativ junges, additives Fertigungsverfahren, mit dem besonders komplexe Werkstückgeometrien aufgebaut werden können. Es stellt eine Weiterentwicklung des selektiven Lasersinterns (SLS) dar.

Oberflächenrauheit der im SLM-Verfahren gefertigten Werkstücke hängt stark vom Pulverwerkstoff ab

Beim SLM wird ein Metallpulver auf eine Platte aufgetragen und mithilfe eines Lasers lokal geschmolzen. Nach dem Schmelzen erstarrt das Metall zu einer festen Schicht. Nach dem Vorgang wird die Platte weiter abgesenkt und die nächste Pulverschicht geschmolzen bis das Werkstück vollständig aufgebaut wurde [1].

Die verarbeitbaren Werkstoffe müssen in Pulverform zerstäubt werden können und zudem Fließeigenschaften aufweisen, geeignet sind daher Werkzeugstahl, Titan oder Aluminium. Die erreichbare Oberflächenrauheit der aufgebauten Bauteile ist dabei stark von dem verwendeten Pulverwerkstoff abhängig. Beispielsweise können bei der Verwendung von X2CrNiMo 17-12-2 (austenitischer und rostfreier Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4404) in Z-Richtung Oberflächenrauheiten von Rz ≥ 38 μm und in X/Y-Richtung von Rz ≥ 16 μm erreicht werden [2].

Nach der DIN 8589-17:2003-09 wird das Tauchgleitläppen den trennenden Fertigungsverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide zugeordnet. Gleitläppen unterscheidet sich vom Gleitschleifen in der Verwendung der Verfahrensmittel. Beim Gleitschleifen wird das Werkstück durch entsprechende Schleifkörper geschleppt und beim Gleitläppen durch ein pulverförmiges Läppmittel. Der Materialabtrag wird bei beiden Verfahren durch die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Verfahrensmittel bewirkt [3]. In der Industrie ist das Verfahren auch unter Trowalisieren, Schleppschleifen oder Schleppfinishing bekannt [4].

Tauchgleitläppen senkt Oberflächenrauheit der mit SLM gefertigten Werkstücke

Das Tauchgleitläppen wird zur Fein- beziehungsweise Endbearbeitung von Bauteiloberflächen eingesetzt, zum Beispiel in der Schmuckindustrie zum Polieren von Ringen. Zudem wird das Verfahren bei der Schneidkantenpräparation von Zerspanungswerkzeugen eingesetzt, zum Glätten und Polieren von Werkzeugen, beim Entfernen von Droplets an der Spannut oder auch zum Entgraten von Werkzeugen [5].

Das Versuchsventil (Bild 1) wurde aus dem Werkstoff 1.4404 hergestellt. Der Durchmesser am Sockel beträgt dW = 35 mm und am Schaft dW = 6 mm. Das Bauteil wurde mit einer Gitterstruktur im Inneren des Körpers aufgebaut. Auf diese Weise wird ein erheblicher Gewichtsvorteil erreicht, ohne die Funktion zu beeinträchtigen. Mit den verwendeten Prozessparametern konnte am Ventilsockel eine Oberflächenrauheit von Rz = 40 μm und an dem Ventilschaft eine Oberflächenrauheit von Rz = 36 μm erreicht werden. Für die Untersuchungen zur direkten Nachbearbeitung von SLM-Bauteilen wurde eine Gleitspanmaschine DF3-Tools der Firma Otec Präzisionsfinish GmbH, Staubenhardt-Feldrennach, verwendet.

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