Mit einem speziell entwickelten, halbautomatisierten Versuchsaufbau haben Forscher des Fraunhofer IPA und der MST Microstrahltechnik Vertrieb GmbH die Wirkung verschiedener Strahlmittel für die Nachbearbeitung der Oberflächen 3D-gedruckter Bauteile aus Polyamid, PLA und PEEK untersucht.
Selbst kompliziert geformte Bauteile lassen sich mit 3D-Druck zwar schnell und einfach ausdrucken, erfordern aber häufig eine Nachbearbeitung der sichtbaren Oberflächen oder zumindest das Entfernen von Produktionsrückständen. Denn da die Bauteile Schicht für Schicht in die Höhe wachsen, sind sie nicht immer so perfekt geformt wie gewünscht.
Qualität der Oberflächen hängt von vielen Faktoren ab
Für die Nachbearbeitung bieten sich Strahlanlagen an, in denen abrasive Medien wie Nusskerne oder Glassplitter – via Luftstrom beschleunigt – auf die Oberfläche prallen und dabei Material abtragen. Wie viel Material dabei weicht, hängt unter anderem vom Material des Bauteils sowie Größe und Art des Strahlmittels ab. Es ist daher Know-how und Fingerspitzengefühl gefragt: Einerseits soll die Oberflächenrauheit der Bauteile effizient minimiert werden, andererseits dürfen die Bauteile nicht anschmelzen oder gar verbrennen.
Verständnis der Prozesse stark verbessert
Doch welche Veränderungen lassen sich mit welchen Strahlmitteln erreichen? Oder, anders gefragt: Welches Strahlmittel hat welchen Effekt? Diese Fragen haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA nun gemeinsam mit der Firma MST Microstrahltechnik beantwortet und das Verständnis für diese Prozesse somit stark verbessert.
Bauteile aus Polyamid, PLA und PEEK untersucht
„Wir haben verschiedene 3D-gedruckte Kunststoffbauteile mit unterschiedlichen Strahlmitteln bearbeitet und die Effekte miteinander verglichen“, sagt Mark Becker, Wissenschaftler am Fraunhofer IPA. Als Bauteile dienten 3D-gedruckte Geometrien mit Ecken und Kanten sowie dünnen Wand- und Säulenelementen aus den drei Materialien Polyamid, PLA und PEEK.
Diese Bauelemente bearbeiteten die Forscher mit jeweils drei abrasiven Materialien, die von Druckmaterial zu Druckmaterial leicht variierten. MST Microstrahltechnik brachte dabei vor allem ihre Expertise rund um die Strahlmittel ein, die Forscher des Fraunhofer IPA entwickelten einen halbautomatisierten Versuchsaufbau, um die Reproduzierbarkeit zu erhöhen – und verglichen die Ergebnisse mit denen, die über eine manuelle Bearbeitung mit dem Strahlmittel erzielt wurden.
Forscher unterstützen bei der Auswahl des Strahlmittels
Geklärt wurden dabei Fragen wie: Gab es Verbrennungen im Bereich der dünnen Wand- und Säulenelemente? Wie gut wurde die Oberflächenrauheit reduziert? „Insbesondere bei einer Serienfertigung von 3D-gedruckten Bauteilen ist es hilfreich, das abrasive Material und den Strahlprozess speziell an das Bauteil anzupassen, um so das Optimum herauszuholen“, fasst Becker die Erkenntnisse zusammen. Genau dies bieten Fraunhofer IPA und MST Microstrahltechnik interessierten Unternehmen jetzt an: Sie optimieren den Strahlprozess im Kundenauftrag auf die jeweiligen Bauteile und unterstützen bei der Auswahl geeigneter Strahlmittel.
Zu sehen ist die Anlage auch auf der Messe Deburring Expo 2023, die vom 10. bis 12. Oktober 2023 in der Messe Karlsruhe stattfindet. Hier werden Fraunhofer IPA und MST Microstrahltechnik ihre halbautomatisierte Strahlanlage vorstellen und den Besuchern zeigen, wie diverse Bauteile optimal nachbearbeitet werden können. (gk)
