(eve) Professor Dirk Bähre von der Universität des Saarlandes, Saarbrücken, und sein Team forschen daran, Werkstücke aus dem Metall-3D-Drucker mit Hilfe von elektrochemischen Abtragen so zu veredeln, dass sie auf den Tausendstel Millimeter genau passen.
Inhaltsverzeichnis
1. Ziele der Veredelung additiv gefertigter Bauteile
2. Wie funktioniert das elektrochemische Abtragen?
3. Die Signifikanz von Metall-3D-Druck und Materialverhalten
4. Wirtschaftlichkeit der Nachbehandlung
Ziele der Veredelung additiv gefertigter Bauteile
Mit Metall-3D-Druckverfahren ist es heute zwar möglich, komplizierte Bauteile mit komplexen Geometrien herzustellen. Aber: Bei manchen Geometrien stößt dieses Verfahren auch schlicht an Grenzen. Technische Konstruktionen wie Fahrzeugmotoren oder Triebwerke von Flugzeugen und Raketen bestehen aus einer Vielzahl höchst spezieller Bauteile aus Metall.
Damit alles hundertprozentig zusammen und ineinander passt und auch härtesten Belastungen standhalten kann, muss jedes Einzelteil perfekt geformt sein. „Die Toleranzen können dabei im Mikrometerbereich liegen“, erklärt Professor Dirk Bähre von der Universität des Saarlandes. Bähre und sein Team forschen daran, die Werkstücke aus dem Metall-3D-Drucker so zu veredeln, dass sie auf den Tausendstel Millimeter genau passen. Sie haben neuartige Verfahren entwickelt, indem sie Metall-3D-Druck mit elektrochemischem Abtragen kombinieren.
Wie funktioniert das elektrochemische Abtragen?
Durch das elektrochemische Abtragen können selbst komplizierte Geometrien in härtestem Metall umgesetzt werden. „Es handelt sich um eine schädigungsfreie, berührungslose Fertigungstechnologie“, erklärt Bähre. Die Werkstoffe nehmen, umspült von einer Elektrolytlösung, bis auf den Tausendstel Millimeter exakt die gewünschte Geometrie an: völlig ohne Kraftaufwand oder mechanische Einwirkungen auf den Werkstoff. Die Ingenieure brauchen dafür nur elektrischen Strom: Dieser fließt zwischen einer Vorlage, der Kathode, und der Anode, in diesem Fall dem zu bearbeitenden Werkstoff aus dem Metall-3D-Drucker. Umspült von der stromleitenden Flüssigkeit aus Wasser und Salz werden dabei winzige Metallteilchen abgetragen: Die Metallionen lösen sich aus dem Werkstück und das hochpräzise gewünschte Bauteil entsteht. „Durch Stromimpulse und Schwingungen des Werkzeuges erreichen wir einen besonders gleichmäßigen Abtrag mit sehr glatten Oberflächen und hohen Genauigkeiten“, erläutert Bähre.
Die Signifikanz von Metall-3D-Druck und Materialverhalten
Die Forscherinnen und Forscher nehmen die Metalle, die zum Einsatz kommen wie Aluminium, Titan oder Stahllegierungen, und auch jeden einzelnen Prozessschritt genauestens unter die Lupe: „Um die Nachbearbeitung zu optimieren, ist ein tiefes Verständnis von Werkstoff und Verfahren notwendig“, erläutert Bähre. „Wir müssen zum Beispiel genau verstehen, was beim vorangehenden 3D-Druck mit dem Metall passiert.“ Daher müsse ergründet werden, welche Gefügestruktur entsteht.
In einer Vielzahl von Experimenten stellen die Forscherinnen und Forscher hierfür Bauteile im 3D-Drucker her und ergründen, wie die jeweils passende elektrochemische Bearbeitung erfolgen muss. „Wir betrachten genau das Zusammenspiel der verschiedenen Parameter und ermitteln, wie der Fertigungsprozess idealerweise zusammengestellt ist“, erklärt der Ingenieur. Da kann es etwa entscheidend sein, in welcher Reihenfolge die Prozessschritte erfolgen. Systematisch unterteilen sie alle Einflüsse, machen hochgenaue Messungen und Detailanalysen. Durch diese Forschungen haben die Fertigungstechnikerinnen und -techniker viele Stellschrauben, mit denen sie ihre Verfahren maßschneidern und die Prozesseinstellungen gezielt anpassen können.
Wirtschaftlichkeit der Nachbehandlung
Bähre: „Mit unseren Technologien zur Nachbearbeitung additiv gefertigter Metallteile können wir Präzisionsfunktionsflächen für hochgenaue Anwendungen kostengünstig herstellen. Auch hohe Stückzahlen lassen sich dadurch wirtschaftlich produzieren.“
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