Funktionalisierung additiv gefertigter Bauteile: Neueste Erkenntnisse in Feinbearbeitungsprozessen

Forscher des Instituts für Spanende Fertigung an der Technischen Universität Dortmund haben die abrasiven Feinbearbeitungsprozesse Flachschleifen, Rundschleifen, Nassabrasivstrahlen (WAJM) und Mikrofinish von additiv gefertigten Metallbauteilen untersucht. Die Ergebnisse der Studie liefern interessante Erkenntnisse sowohl über die Bearbeitungsmöglichkeiten als auch über den Einfluss der initialen additiven Komponentenproduktion.

Die additive Fertigung hat sich in den letzten Jahren als eine innovative Technologie in verschiedenen Industriezweigen etabliert. Die üblicherweise sehr hohen Anforderungen an Bauteile führen zur Notwendigkeit einer geeigneten Prozesskette, in der der Fokus insbesondere auf der Kombination von additiver Fertigung und spanender Nachbearbeitung liegt. Diese Notwendigkeit zeigt sich vor allem bei funktionalen Oberflächen, die hohe Anforderungen an Form- und Maßgenauigkeit sowie Oberflächenqualität erfüllen müssen.
Besonders für additiv gefertigte Bauteile aus Metallen sind die resultierenden Oberflächen oft unzureichend, so dass subtraktive Verfahren insbesondere Fein- und Ultrafeinbearbeitungsverfahren wie Schleifen und Mikrofinish interessant sind, da sie zur Erzeugung funktionaler Oberflächen unter tribologischen Aspekten geeignet sind. In diesem Zusammenhang werden die subtraktiven Verfahren auch als Funktionalisierungsverfahren bezeichnet. Um die Qualität und Funktionalität von additiv gefertigten Bauteilen weiter zu verbessern, haben Prof. Dr. Dirk Biermann und Meik Tilger vom Institut für Spanende Fertigung der Technischen Universität Dortmund, die Funktionalisierung von additiv gefertigten Bauteilen durch Feinbearbeitungsprozesse untersucht.

Schleifen, Nassabrasivstrahlen (WAJM) oder Mikrofinish

Im Rahmen des interdisziplinären Kooperationsprojekts Ad-Proc-Add zeigte das Team dabei, dass das Schleifen von additiv gefertigten Bauteilen grundsätzlich für die Nachbearbeitung geeignet ist. Während die Aufbaurichtung der additiven Werkstücke das Bearbeitungsergebnis beim Schleifen, Nassabrasivstrahlen (WAJM) oder Mikrofinish wenig beeinflusste, fanden die Forscher einen großen Einfluss in der ursprünglichen Qualität des additiv gefertigten Bauteils. Besonders die hohe Porosität wurde als Hauptursache für Oberflächenfehler und unzureichende Oberflächenqualität nach der Feinbearbeitung identifiziert. Die Poren in der Beschichtungsstruktur werden hauptsächlich auf mögliches Pulveraltern oder übermäßige Pulverfeuchtigkeit zurückgeführt. Bei der Feinbearbeitung von rotationssymmetrischen Komponenten wurden zusätzliche Schwierigkeiten festgestellt, insbesondere bei der Spannung mittels eines Dorns. Aufgrund der hohen Ausgangsrauheit und der geringen Materialabtragsrate bei Nassabrasivstrahlen (WAJM) oder Mikrofinish wird ein Zwischenschleifprozess als wirtschaftlich notwendig erachtet.

Die Forschung auf diesem Gebiet hat das Potenzial, die additiv-subtraktive Prozesskette weiter zu optimieren und somit die Qualität und Funktionalität von additiv gefertigten Bauteilen zu verbessern.

Der Schlussbericht des Vorhabens kann über das Forschungskuratorium Maschinenbau (FKM) e. V. bezogen werden. Postanschrift: Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt am Main,
E-Mail: info@fkm-net.de, Tel.: +49 69 6603 1352.

Weitere Informationen sind auch auf der Projektwebseite verfügbar: www.ad-proc-add.eu

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