Solukon SFM02-AT800: Automatisierte Reinigungskabinen für SLM-Bauteile

Andreas Hartmann und Dominik Schmid, Gründer und Geschäftsführer von Solukon.

Solukon steht als Unternehmen für pfiffige und hochwertige Systemlösungen – u. a. im Bereich der Lebensmitteltechnik und Verpackungstechnik. Bei der Entwicklung additiver Fertigungssysteme besitzt das Solukon-Team langjährige Erfahrung durch die ehemalige Mitarbeit bei einem großen Hersteller für industrielle 3D-Druckanlagen. Dabei steht seit jeher auch die Entwicklung leistungsfähiger Peripheriegeräte wie Auspackstationen, Reinigungskabinen sowie Pulverhandlingsysteme für additive Fertigungsprozesse im Fokus. Im November 2015 lieferte Solukon zum ersten Mal eine automatisierte Reinigungsanlage für große strahlgeschmolzene Metallbauteile an die Konzernzentrale eines renommierten Autobauers. Mit der Entwicklung dieser Reinigungsanlage – der SFM02-AT800 – erfuhr das Postprocessing einen wesentlichen Schritt in Richtung der industriellen additiven Produktion.

Anlass für die Entwicklung einer automatisierten Reinigungskabine waren die schwere Handhabbarkeit von großen, strahlgeschmolzenen Metallbauteilen sowie die Gefahren, die durch frei werdendes Pulvermaterial im Reinigungsprozess entstehen können.

Nach dem Bauprozess muss das Bauteil samt der angebundenen Stützstrukturen und der Bauplattform vom ungebundenen Partikelmaterial im Baubehälter befreit werden. Dieser Vorgang wird als Auspacken bezeichnet und erfolgt manuell über Saugen und Freiräumen. Nach dem Auspacken wird das Bauteil samt Stützstrukturen von der Bauplattform z. B. durch Sägen entfernt, um anschließend die Stützstrukturen vom Bauteil selbst entfernen zu können. Im Regelfall sind die Stützstrukturen feine Gitterwerke, in denen nach dem Auspacken noch reichlich ungebundene Partikelmaterialreste enthalten sind. Beim Abtrennen des Bauteils von der Bauplattform wird dieses Partikelmaterial freigesetzt.

Innenansicht einer SFM02-AT300. Das Bauteil kann in jeder räumlichen Stellung positioniert werden. Durch Frequenzanregung lösen sich die Materialreste aus dem Bauteil und sammeln sich im trichterförmigen Boden der Kammer. Über Schleusen kann das Material zur Wiederaufbereitung abgelassen werden.

Andreas Hartmann
Gründer und Geschäftsführer von Solukon.

„Durch die intelligente Überwachung von Prozess und Bedienung werden höchste Sicherheitsstandards erreicht. Der durchdachte Prozessablauf von der Beladung bis zur manuellen Endreinigung sichert komfortables und wirtschaftliches Arbeiten.“

Risikominimierung beim Entpacken und Reinigen

Die feinen Metallpulver bergen dabei oft unterschätzte Risiken. Bei Kontakt und Aufnahme feinster Partikelmaterialien bestehen je nach verarbeitetem Material gesundheitliche Gefahren. Beim Aufwirbeln feinster Partikelmaterialien aus z. B. Aluminium oder Titan zu Staubwolken können explosionsfähige Atmosphären entstehen.

Die Reinigungsanlage SFM02-AT800 wurde konzipiert um Metallbauteile mit Abmessungen bis zu 800 x 400 x 550 mm (X/Y/Z inkl. Bauplattform) automatisiert, sicher und effizient zu reinigen. Die Reinigung erfolgt innerhalb einer dichten Prozesskammer mit räumlichem Schwenken des Bauteils, gezielter Schwingungsanregung und manuellem Abblasen nach einem Reinigungsprogramm.

Im Reinigungsprogramm werden mittels einer 3D-Schwenkvorrichtung die Bauteile samt Bauplattform kontinuierlich um zwei Achsen geschwenkt. Dadurch werden auch komplexe Hohlräume, Hinterschneidungen und Stützstrukturen restlos von ungebundenem Baumaterial befreit. Beim Reinigungsprogramm kann der Bediener u. a. die Laufzeit und Verfahrgeschwindigkeit einstellen – die Frequenz und Intensität der Schwingungsanregung ist auch während des laufenden Automatikbetriebs frei wählbar.

Reinigungskabine SFM02-AT800 für die automatische und manuelle Reinigung großer Bauteile. Beim Reinigungsprogramm sind u. a. Laufzeit und Verfahrgeschwindigkeit einstellbar – ebenso die Frequenz und Intensität der Schwingungsanregung während des laufenden Automatikbetriebes.

Geschlossener Materialkreislauf

Das durch das Reinigen anfallende Partikelmaterial wird in einem Trichter gesammelt und über Schleusen in Spezialgebinde abgefüllt. So entsteht ein geschlossener Materialkreislauf auch in inerter Atmosphäre. Zusätzlich kann der Materialtransport mit einem pneumatischen oder mechanischen Fördersystem erfolgen.

Nach der automatischen Reinigung kann das Bauteil über Handschuheingriffe mit Druckluft oder Inertgas endgereinigt werden. Dabei besteht die Möglichkeit, das Bauteil auch im Tippbetrieb in die gewünschte räumliche Position zu fahren.

Durch einen schonenden Reinigungsvorgang wird die Entstehung von Staubwolken verhindert. Optional können entstehende Stäube abgesaugt werden. Zur Vermeidung einer explosionsfähigen Atmosphäre ist die Prozesskammer zündquellenfrei aufgebaut und kann zusätzlich mit Schutzgas inertisiert werden. Diese Inertisierung wird mit Sensoren überwacht.

Robuster Aufbau – einfache Bedienung

Die Mechanik in der Kammer ist während der Reinigungsprozesse ständig dem feinen und abrasiven Partikelmaterial ausgesetzt. Um Verschleiß vorzubeugen, werden eine robuste Mechanik und spezielle Dichtungstechnik sowie Sperrgassysteme eingesetzt – alle Verschleißteile sind austauschbar. Durch diesen instandhaltungsfreundlichen Aufbau kann ein zuverlässiger industrieller Betrieb auch unter harten Bedingungen sichergestellt werden.

Um Kontakt mit dem Partikelmaterial zu vermeiden wird zum Transport zwischen Produktionsanlage und Reinigungskabine ein speziell entwickeltes Rahmen-Beutel-System eingesetzt. Die Beladung schwerer Bauteile (bis etwa 300 kg) erfolgt mit einem Kran über eine automatisch öffnende Dachklappe. Leichtere Bauteile (bis etwa 60 kg) können über eine geräumige Fronttüre beladen werden. Um eine hohe Dichtheit der Prozesskammer zu gewährleisten, sind alle Öffnungen mit doppelter Dichtung ausgestattet.

Von Reinigungskabine für leichtere Bauteile bis bahngesteuerte Bewegungsabläufe

Für kleinere und leichtere Bauteile bietet Solukon die einfachere Reinigungskabine SFM02-AT300 an. Diese Anlage verfügt über einen feststellbaren Drehteller, auf dem das Bauteil befestigt wird. Im Automatikbetrieb wir dieser Drehteller dann kontinuierlich um eine horizontale Achse gedreht und mit Schwingung angeregt. Nach dem automatischen Reinigungsprozess kann das Bauteil über Handschuheingriffe manuell abgeblasen werden.

Für die einfache automatische Reinigung ohne manuelles Abblasen bietet sich das System SFW-M an. Hier wird ein Bauteil (bis etwa 60 kg) um eine Achse geschwenkt und gerüttelt. Das frei werdende Material wird in einem Trichter gesammelt und kann über Schleusen zur Wiederverwendung abgelassen werden.

Durch den Verzicht auf die manuelle Reinigung ergibt sich ein kompaktes Gerät mit einfacher Bedienung. Alle Systeme könne entweder in Ausführung mit kontinuierlicher Entstaubung oder mit Schutzgasinertisierung ausgestattet werden.

Für die Zukunft plant Solukon bahngesteuerte Bewegungsabläufe der Bauteile im Reinigungsprogramm, die direkt der Bauteilgeometrie angepasst sind. So kann Restmaterial dann auch aus komplexen mehrgängigen Innenkanälen rückstandlos entfernt werden.