Technische Sauberkeit in der Additiven Fertigung

Die Verfahren der Additiven Fertigung stellen häufig ganz neue Anforderungen an die Bauteilreinigung, aber auch generell an das Thema Sauberkeit in der Verarbeitung MSc Svenja Schweda, Wissenschaftliche Mitarbeiterin; Gruppe: Qualität und technische Sauberkeit am Fraunhofer IGCV.

Neben dem steigenden Bedarf nach additiv gefertigten Bauteilen sind die Anforderungen an die technische Sauberkeit im Bereich der industriellen Teilereinigung in den letzten Jahren stark gestiegen. Der damit verbundene steigende Anteil der Reinigung am Ressourceneinsatz innerhalb von Gesamtprozessketten regt dazu an, Reinigungsprozesse als einen wichtigen wertschöpfenden Verarbeitungsschritt anzusehen. Daher wird im Kontext der Additiven Fertigung die Reinigung nach dem zumeist pulverbettbasierten Fertigungsprozess sowie nach der spanenden Nachbearbeitung, welche z. B. der Herstellung von Funktionsflächen dient, adressiert.

Im Hinblick auf anstehende Folgeprozesse wie beispielsweise Lackieren und Kleben ist die technische Sauberkeit eine elementare Voraussetzung für eine hohe Produktqualität, da Verschmutzungsrückstände zur Beeinträchtigung der Haftfestigkeit zwischen Bauteil und Beschichtungsmedium führen können.

Mithilfe der Laserfluoreszenz lassen sich selbst geringste Verunreinigungen feststellen und quantifizieren.

Restschmutzanalyse mittels Laserfluoreszenz

Zur Steigerung der Ressourceneffizienz wurde im Rahmen des vom Freistaat Bayern geförderten Verbundprojektes Green Factory Bavaria ein Konzept zur Sicherstellung der technischen Sauberkeit additiv gefertigter Bauteile in der Gesamtprozesskette entwickelt. Inhaltliche Schwerpunkte zur Zielerreichung bilden die Auftragung und Quantifizierung von fertigungsbedingten Prozesshilfsmitteln wie Öle, Fette und andere Schmierstoffe.

Als besonders geeignete Technologie zur Bewertung der Reinigungsleistung hat sich die Laserfluoreszenz erwiesen. Diese ermöglicht nach einer stoffspezifischen Kalibrierung die flächige, quantitative Bestimmung filmischer Verunreinigungen. Der definierte Schichtauftrag erfolgte durch die Verfahren Tauchen und Rakeln in der Größenordnung von 1 µm bis 200 µm.

Bauteilreinigung mittels Ultraschall- und Niederdruckplasma

Untersuchungen im Kontext der Bauteilreinigung erfolgten in Kooperation mit der Industrie. Die betrachteten Ansätze beziehen sich auf die Verfahrensprinzipien Ultraschall-, Laser-, Trockendampf- und Plasmareinigung sowie den Einfluss der biologischen Reinigung auf die technische Sauberkeit. Dabei liegt der Fokus der Zielerreichung auf der Analyse einzelner und kombinierter Reinigungsverfahren sowie auf der Erarbeitung einer ressourceneffizienten Prozessführung zur Sicherstellung der technischen Sauberkeit.

Die vielversprechendsten Ergebnisse zeigt die Ultraschallreinigung in Kombination mit einer Feinstreinigung im Niederdruckplasma, welche selbst aus den kleinen Aussparungen des Bauteils filmische Rückstände nahezu vollständig entfernt. Mithilfe des Laserfluoreszenz-Messsystems konnten Verschmutzungsrückstände von ca. 0,1 µm erfasst bzw. quantifiziert werden.

Zukunft der technischen Sauberkeit am Fraunhofer IGCV

Basierend auf diesen Arbeiten werden am Fraunhofer IGCV weitere Forschungsarbeiten die Schnittmenge zwischen technischer Sauberkeit und Additiver Fertigung adressieren und somit einen Beitrag zur produktionstechnischen Inkorporation der Additiven Fertigung leisten.