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Rösler: Entgraten und glätten Additiv gefertigte Bauteile nachbearbeiten

Redakteur: Konrad Mücke

Generativ lassen sich Kühlkanäle konturnah in beliebigen Geometrien fertigen. Sie sind allerdings zu entgraten und zu glätten, Pulverreste sind zu entfernen. Automatisiert gelingt das mit Sandstrahlen sowie Gleitschleifen ohne und mit chemischen Zusätzen.

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Integrierte, konturnahe Kühlkanäle in Formen minimieren die Temperaturdifferenzen und verkürzen die Kühlzyklen beim Spritzgiessen.
Integrierte, konturnahe Kühlkanäle in Formen minimieren die Temperaturdifferenzen und verkürzen die Kühlzyklen beim Spritzgiessen.
(Bild: Rösler)

Um die Oberflächen innerer Kühlkanäle zu verbessern, haben die Fachbereiche Maschinenbau und Chemische Verfahrenstechnik des Politecnico Milano zusammen mit der Rösler Italiana S.r.l. die Verfahren Gleitschleifen, Sandstrahlen sowie chemisch unterstütztes Gleitschleifen geprüft. Hergestellt waren die Bauteile additiv. Beim häufig eingesetzten Verfahren Selective Laser Melting (SLM) werden Pulverschichten mit einem Laserstrahl aufgeschmolzen. So entsteht ein verfestigtes und nahezu dichtes Werkstück. Schwierig ist allerdings, in inneren Kühlkanälen Pulveranhaftungen zu entfernen. Zudem entstehen verfahrensbedingt raue Oberflächen mit Rauigkeiten Ra zwischen 10 und 20 µm. Sowohl die hohe Oberflächenrauheit als auch die Ablagerungen in den Kanälen beeinträchtigen die Funktionalität der Bauteile – Reibungsverluste und Turbulenzen, Druckabfälle im System, gelöste Partikel, die andere Geräte beschädigen können. Da die Innen­flächen komplexer Bauteile mit integrierten Kavitäten durch eine konventionelle Bearbeitung nicht erreicht werden können, sind hier neue Nachbehandlungs­verfahren erforderlich. Die Wahl des richtigen Verfahrens für die Oberflächen­behandlung hat damit entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer der Komponente und die Effizienz des Systems.

Gleitschleifen effizient

Vorteilhaft lassen sich Aussen- und Innenflächen additiv gefertigter Bauteile durch Gleitschleifen bearbeiten. Bei diesem Prozess werden die Werkstücke in speziell abgestimmten Medien und Compounds eingetaucht. Die Vibration des Arbeitsbehälters führt zu einer kreisförmigen Bewegung der Werkstücke. Dabei werden die Oberflächen der Werkstücke durch die Medien geschliffen. So lässt sich die gewünschte Oberflächenqualität herstellen. Um unterschiedliche Verfahren, unter anderem die Gleitschleiftechnik, zur Bearbeitung der Aussen- und Innenflächen additiv hergestellter Werkstücke bewerten zu können, führten die Fachbereiche Maschinenbau und Chemische Verfahrenstechnik des Politecnico Milano (Italien) zusammen mit Rösler Italiana S.r.l. eine Studie durch. Dafür untersuchten sie Bauteile unterschiedlicher Geometrien sowie mit Innenkanälen unterschiedlicher Durchmesser (3; 5; 7,5 und 10 mm). Beurteilt wurden die Verfahren Gleitschleifen, Sandstrahlen sowie chemisch unterstütztes Gleitschleifen. Gleitschleifen und Sandtsrahlen bewirken vergleichbare Güten und Qualität der bearbeiteten Oberflächen. Beide Verfahren beseitigen zuverlässig die Rauheitsspitzen und glätten auf ein vergleichbares Rauheitsprofil. Beste Ergebnisse verwirklicht das chemisch unterstützte Gleitschleifen. Die so bearbeiteten Bauteile sind glatt bei etwa Ra 0,7 µm Rauheit. Zudem benötigt das Verfahren nur kurze Taktzeiten. Festgestellt wurde auch, dass die endgültigen Rauheitswerte in vertikalen und horizontalen Kanälen sehr ähnlich sind. Insgesamt wurde die Wirksamkeit der Gleitschleiftechnik auf den inneren Kanaloberflächen ohne Änderung der Kanalform bestätigt. Die Analysen zeigten, dass die behandelten Oberflächen frei von Spritzern und losen Pulvern waren. Mit allen drei Verfahren wurde eine Verbesserung der Rauheitswerte in den innen­liegenden Kanälen erzielt. Dabei war chemisch un­terstütztes Gleitschleifen hinsicht­lich der Qualität und der Taktzeit am effektivsten.

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Auf einer Maschine automatisch bearbeiten

Nachbearbeitet wurden die Bauteile für diese Studie auf weiterentwickelten Anlagen M3 von AM Solutions. Letztere verwirklichen sämtliche Arbeitsschritte vom Auspacken, Entpulvern, Entfernen von Stützstrukturen über das Homogenisieren beziehungsweise Glätten der Oberflächen und das (Hochglanz-)Polieren bis zur Oberflächenvorbereitung beispielsweise für folgende Beschichtungen. Die Weiterentwicklung der bestehenden Anlagen M3 ermöglicht, effizient und gezielt Innenkanäle zu bearbeiten und zudem vollständig automatisiert, prozesssicher und ohne manuellen Aufwand 3D-gedruckte Bauteile nachzubearbeiten. Das Be- und Entladen der Anlagen lässt sich mit einem Roboter ebenfalls automatisieren. Ein Befüllsystem dosiert automatisch genau angepasst die Schleifmedien und Compounds und startet den Prozess. Angepasst an die gefordete Qualität der Oberflächen können mehrere Schleif- und Polierprozesse nacheinander durchgeführt werden. Nach dem automatischen Entleeren der Verfahrensmittel aus dem Arbeitsbehälter werden die Bauteile abgespannt. Optional können die Bauteile automatisiert gereinigt und getrocknet werden. Das Handling der Werkstücke lässt sich dabei ebenso wie bei der Übergabe an den nachfolgenden Prozess automatisieren. Die Anlagensteuerung ermöglicht, mehrere bauteilspezifische Bearbeitungsprogramme zu hinterlegen. Die an unterschiedliche Werkstücke angepassten Prozessparameter werden einfach mit einem Tastendruck oder einer Werkstückerkennung ausgewählt. Additiv gefertigte Bauteile automatisiert nachzubearbeiten, ist im Vergleich zu manuellem Nacharbeiten deutlich effizienter und wirtschaftlicher. Dies gilt auch und besonders für Werkstücke mit schwer zugänglichen Geometrien und Konturen, die bisher nicht oder nur mit einem sehr hohen manuellen Aufwand bearbeitet werden konnten. Dafür geeignete Anlagen entwickelt und produziert unter anderem AM Solutions, die zur Rösler Gruppe gehört. - kmu - SMM

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