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Sep 01, 2023

Vergleich von Oberflächenbeschaffenheit und Post

Diesen Artikel teilen Es ist nicht einfach, Teile mit internen Kühlkanälen mit herkömmlichen Fertigungsmethoden herzustellen, weshalb der 3D-Druck eine attraktive Option für einfache und präzise Herstellung ist

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Es ist nicht einfach, mit herkömmlichen Fertigungsmethoden Teile herzustellen, die interne Kühlkanäle enthalten. Daher ist der 3D-Druck eine attraktive Option für die einfache und präzise Integration dieser Kanäle – sehr hilfreich, wenn es um hydraulische Komponenten, den Werkzeug- und Formenbau sowie Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt geht. Interne Kühlkanäle tragen dazu bei, Verformungen und Gesamtabkühlzeiten zu verkürzen und können auch dazu beitragen, eine höhere Qualität spritzgegossener Komponenten zu erreichen. Der 3D-Druck macht den Prozess weniger langwierig und kostspielig und ermöglicht hervorragende Endergebnisse.

Zusammen mit den Abteilungen für Chemie und Maschinenbau des Politecnico di Milano in Italien führten Forscher des Oberflächenveredelungsanbieters Rösler Italiana Srl eine umfassende Studie durch, die sich auf automatisierte Nachbearbeitungstechnologien wie Oberflächenglättung und Restpulverentfernung für Komponenten mit diesen internen Kühlkanälen konzentrierte . In der Studie untersuchte das Team drei verschiedene Oberflächenbehandlungsmethoden: konventionelles Gleitschleifen, Kugelstrahlen und chemisch unterstütztes Gleitschleifen.

Zur Durchführung ihrer Studie nutzte das Team eine M3-Nachbearbeitungsmaschine der Marke AM Solutions der Rösler-Gruppe, die auf die Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen spezialisiert ist. AM Solutions bietet eine Reihe verwandter Geräte, die Aufgaben wie das Entfernen von Restpulver und Stützstrukturen, das Auspacken, die Oberflächenreinigung und -glättung, das Hochglanzpolieren und die Oberflächenvorbereitung für die Beschichtung von 3D-gedruckten Bauteilen übernehmen.

Der M3 ist eine vollautomatische Nachbearbeitungslösung und bietet eine konsistente Endbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen, ohne dass manuelle Arbeiten erforderlich sind. Die Maschine bietet:

Die Weiterentwicklung des M3-Nachbearbeitungssystems von AM Solutions ermöglicht die wirtschaftliche, automatisierte Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen, nicht nur außen, sondern auch an der Oberfläche schwer zugänglicher Innenpassagen. Bisher konnte dies nur durch zeitaufwändige manuelle Nachbearbeitungsvorgänge erreicht werden.

„Auch die präzise Dosierung von Mahlkörpern und Compound mit einem speziellen Nachschub- bzw. Dosiersystem und die Geräte-„Start“-Funktion erfolgen vollautomatisch“, heißt es in einer Pressemitteilung von Rösler zur M3. „Je nach Anforderungen an die Oberflächengüte können mehrere Schleif- und Poliervorgänge hintereinander durchgeführt werden.“

Selektives Laserschmelzen (SLM) ist das 3D-Druckverfahren, das am häufigsten zur Herstellung von Werkzeugkomponenten verwendet wird, da es laut Pressemitteilung Teile mit großartigen Formen und „extrem dicht“ erzeugt. Allerdings weisen die Teile eine hohe Oberflächenrauheit auf und Restpulver muss aus den Kanälen entfernt werden, was beides „die Funktionalität der Werkstücke negativ beeinflussen kann, was zu verringerten Durchflussraten aufgrund hoher Reibung, Turbulenzen und Druckverlusten in den Werkstücken führt.“ System und lose Partikel, die andere Geräte beschädigen können.“

SLM 3D-Druck

Beim Gleitschleifen handelt es sich um eine Oberflächenbearbeitungsmethode, mit der durch Glätten der inneren und äußeren Oberflächenbereiche der Bauteile eine bessere Oberflächenqualität erreicht werden kann. Dabei werden die Teile in eine mit „speziellen Verarbeitungsmedien“ gefüllte Schüssel getaucht und anschließend mit speziellen Compounds versetzt. Durch die Vibrationen bewegt sich alles in der Schüssel spiralförmig und durch das „Reiben“ der Medien an den Bauteilen entsteht ein Glättungs- und Schleifeffekt, der zu einer besseren Oberflächenqualität führt.

Unter Berücksichtigung der Oberflächenstruktur der Innenkanäle und der anfänglich hohen Oberflächenrauheit der 3D-Bauteile zeigten die Versuche deutlich, dass das chemisch unterstützte Gleitschleifverfahren die besten Endbearbeitungsergebnisse lieferte.

In der Studie wurden 3D-gedruckte Teile mit unterschiedlichen Formen und Innenkanälen mit konventioneller Gleitschleiftechnik, Kugelstrahlen und chemisch unterstützter Gleitschleifbearbeitung behandelt. Die Teile hatten Innenkanäle mit unterschiedlichen Durchmessern von 3, 5, 7,5 und 10 mm, und interessanterweise erzielte jedes der drei Oberflächenbehandlungssysteme ähnliche Ergebnisse, was zeigt, dass die Oberflächenqualität mit jedem von ihnen verbessert werden kann. Die ersten beiden genannten Methoden waren bei der Beseitigung von Rauheitsspitzen konsistent, die chemisch unterstützte Gleitschleiftechnik lieferte jedoch die besten Ergebnisse.

„Alle drei Behandlungsmethoden verbesserten die Oberflächenrauheitswerte in den internen Kanalbereichen“, heißt es in der Pressemitteilung.

Die Werkstücke, die mit der chemisch unterstützten Massenbearbeitung fertiggestellt wurden, hatten die glatteste Oberfläche und die niedrigsten Oberflächenrauheitswerte (Ra von 0,7 µm), zeigten die typische chemisch beschleunigte Endbearbeitung, erforderten die geringste Zykluszeit und „zeigten, dass die endgültigen Rauheitswerte waren in den vertikalen und horizontalen Innengängen mehr oder weniger identisch.“

Bei allen drei Bearbeitungsverfahren waren die erreichten Oberflächenrauheitswerte sowohl in vertikalen als auch horizontalen Innenkanälen nahezu identisch.

Die Studie hat außerdem bewiesen, dass die Massenbearbeitung – ohne die Geometrie der Kanäle zu beeinflussen – einen Glättungseffekt auf den inneren Oberflächendurchgängen erzeugen kann. Die behandelten Stellen wiesen keine losen Pulverreste oder Pulverspritzer auf.

Die Versuche wurden mit unterschiedlichen Geometrien durchgeführt, die Innenkanäle mit Durchmessern von 3, 5, 7,5 und 10 mm enthielten.

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(Fotos: Rösler)

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