Solukon SFM-AT350: Entpulvern ist kein Postprocessing

Automatisiertes Entpulvern von LPBF-Bauteilen, die auf einer NXG XII 600 von Nikon SLM Solutions gefertigt wurden.

Zwar hat die Geschichte von Solukon schon 2012 begonnen, als sich Andreas Hartmann und Dominik Schmid mit der Gründung eines Ingenieurbüros für Sondermaschinen selbstständig gemacht haben, der eigentliche Startschuss der Erfolgsgeschichte fiel jedoch 2013 mit einer Kundenanfrage aus dem Automobilsektor für eine Entpulverungslösung für LPBF-Teile, die schon ein Jahr später zur Auslieferung der ersten Anlage führte. „Da wir beide aus dem Umfeld der voxeljet AG kamen und entsprechende Erfahrung im Umgang mit Pulverwerkstoffen hatten, bewegten wir uns bei dieser Anfrage auf gewohntem Terrain und wir waren in der Lage innerhalb relativ kurzer Zeit eine Lösung bereitzustellen, die den Kundenanforderungen entsprach“, erinnert sich Hartmann. Dabei lagen die Hauptanforderungen für diese erste Anlage im Wesentlichen bei den Themen Sicherheit und Arbeitsschutz. „Da wir es in der pulverbasierten AM-Metallteilefertigung sehr oft mit reaktiven Materialien zu tun haben, die Partikelgrößen aufweisen, die lungengängig sind, war schon früh klar, dass man für das Entpulvern derartiger Bauteile ein geschlossenes System benötigt. Dieses muss eine Inertisierung und vor allem auch ein kontaktfreies Pulverhandling ermöglichen“, verdeutlicht der Geschäftsführer.

Die SFM-AT1500-S ist das aktuell größte Entpulverungssystem von Solukon. Es kann Bauteile aufnehmen, die bis zu 1,5 Meter hoch und 2,1 Tonnen schwer sind.

Andreas Hartmann
Geschäftsführer der Solukon Maschinenbau GmbH

„Prozesssicheres Entpulvern ist ein wesentlicher Prozessschritt in der pulverbasierten Additiven Fertigung. Wir haben mit unseren Systemen das automatisierte Entpulvern von Metallbauteilen maßgeblich geprägt. Ein schöner Erfolg für zehn Jahre Unternehmensgeschichte.“

Breites Anforderungsspektrum

Schnell stellte sich heraus, dass das Entpulvern additiv gefertigter Metallbauteile einige weitere Herausforderungen mit sich bringt. Häufig haben additiv gefertigte Metallbauteile komplexe innenliegende Geometrien wie Kanäle und Leitungen, schmale Hohlräume und enge Stützstrukturen. In all diesen Geometrien kann viel Pulver hängenbleiben. Unzureichende Entpulverung kann dazu führen, dass Kanäle verstopfen und damit die Funktion des Bauteils beeinträchtigt wird. Zudem geht Restpulver in Stützgeometrien beim Absägen des Bauteils von der Bauplattform verloren. „All diese Herausforderungen zeigen, dass das Entpulvern einen ganz wesentlichen Prozessschritt in der additiven Metallteilefertigung mit Pulverwerkstoffen darstellt, sodass wir das Entpulvern gar nicht mehr als Postprocessing, also einen nachgelagerten Prozessschritt, bezeichnen, sondern als wesentlichen Bestandteil des Fertigungsprozesses“, geht Hartmann ins Detail. Somit war klar, dass für das Entpulvern von AM-Bauteilen ein Bedarf an geeigneten Maschinen bestand, was zur Gründung der Solukon Maschinenbau im Jahre 2015 führte. Im selben Jahr lieferte das Unternehmen die erste SFM-AT800 aus – erstmals ein automatisiertes System mit programmierbarer 2-Achs-Rotation, Vibration und Inertisierung mit Schutzgas.

Durch Klopfen oder Vibrationsanregung wird das Pulver fluidisiert und kannn so aus dem Bauteil rieseln.

Angeregtes Reinigen

Pulverwerkstoffe in der Additiven Fertigung müssen eine ganz bestimmte Rieselfähigkeit aufweisen, damit die Fertigungsprozesse gleichmäßig und prozesssicher ablaufen. Während des Fertigungsprozesses werden dabei die Pulverschichten jedoch häufig derart verdichtet, dass der entstehende Pulverkuchen nur mehr schwer rieselt, was das Entpulvern erschwert. „Wir haben bereits bei voxeljet mit dieser Thematik zu tun gehabt und darum war uns bewusst, dass wir Wege finden mussten, um das Fließverhalten des Pulvers zu verbessern. Wir nutzen dazu im Wesentlichen zwei Methoden. Einerseits wird die Bauplattform mit dem Werkstück darauf durch Klopfen und andererseits mittels Vibration eine Anregung ins System eingebracht, die das Pulver wie ein Fluid erscheinen lässt. Je nach Werkstoff ist Klopfen oder Vibration oder aber eine Kombination aus beidem am zielführendsten. Für filigrane Strukturen steht statt der pneumatischen Anregung eine piezoelektrische Anregung in Ultraschallfrequenz zur Verfügung“, verrät Hartmann.

2019 kam in Zusammenarbeit mit Siemens, und dort maßgeblich durch die Idee von Christoph Kiener, die Entwicklung der SPR-Pathfinder-Softwarelösung dazu, die es ermöglicht, innenliegende Kanäle anhand der CAD-Datei des Baujobs zu erkennen und die optimale Bewegung des Schwenksystems der Solukon-Maschinen für den Reinigungsvorgang im Vorfeld zu berechnen. Das ist bezüglich Reinigungszeit und Sauberkeit besonders interessant für Bauteile mit mehrfach verdrehten Kanälen, wie beispielsweise Kühlkanäle in Spritzgießwerkzeugen. So können Anwender bereits in der Designphase überprüfen, ob sich die von ihnen entwickelte Geometrie rückstandsfrei entpulvern lässt und gegebenenfalls das Design anpassen. Bauteile, die beim Entpulvern möglicherweise Probleme bereiten, werden so gar nicht erst gedruckt. „Diese Entwicklung war ein weiterer Meilenstein dafür, unsere Entpulverungslösungen im Markt zu etablieren. Besonders sicherheitskritische Branchen wie die Medizin- und auch die Luft- und Raumfahrtbranche haben höchste Ansprüche an Sauberkeit und Pulverfreiheit in ihren Bauteilen. Durch unsere Technologie können wir genau das bieten, was uns weltweit zur ersten Wahl bei der Entpulverung von Metallbauteilen macht. Nach der gemeinsamen Entwicklungsphase zusammen mit Siemens wurde der SPR-Pathfinder 2022 von uns übernommen und zum kommerziellen Produkt gemacht und seitdem kontinuierlich durch uns weiterentwickelt“, freut sich Hartmann und bemerkt: „Uns war und ist dabei immer wichtig, dass wir uns bei unseren Entwicklungen an den Bedürfnissen des Marktes orientieren. Das bedeutet auch, dass wir, auch was unser Wachstum anbelangt, eher moderat vorgehen. Wir haben es bis heute geschafft, ohne Fremdmittel auszukommen, worauf wir sehr stolz sind.“

Schlüsselindustrien analysieren und verstehen

Wesentliches Merkmal der Solukon-Maschinen ist eine hervorragende Verarbeitung und hohe technische Reife. Um in Märkten wie der Luft- und Raumfahrt sowie Medizintechnik zu bestehen, gilt es hohe Maßstäbe zu erfüllen. „Speziell in diesen Branchen wird eine gleichbleibend hohe und reproduzierbare Qualität gefordert. Dazu muss man verstehen, an welchen Kriterien Qualitätsmaßstäbe festgemacht werden und diese dann in einen automatisierten Prozess überführen. Wir haben das in unserer Smart Powder Recuperation Technologie SPR® zusammengeführt. Diese beinhaltet neben dem konsequenten, automatisierten, bahngeführten und schwingungsangeregten Entpulvern auch die möglichst vollständige Restpulverrückgewinnung. Pulverwerkstoffe sind ein wertvoller Rohstoff und eine größtmögliche Wiederverwertung ist gefordert“, fasst der Geschäftsführer die Marktanforderungen zusammen.

Dass immer größere LPBF-Systeme auf den Markt kommen, deren Bauplattformen entpulvert werden müssen, zeigt sich auch in der stetig wachsenden Maschinenvielfalt bei Solukon. Die SFM-AT1500-S ist das neueste Flaggschiff im Portfolio. Ein Entpulverungssystem, das speziell für die Reinigung besonders hoher, schwerer und komplexer Bauteile, zum Beispiel Raketentriebwerke, konzipiert wurde. Bis zu 1.500 mm hohe und bis zu 2.100 kg schwere Bauteile kann die Anlage aufnehmen. Neben dem umfangreichen Maschinenangebot für die Entpulverung von Metallbauteilen bietet Solukon mit der SFP-Baureihe aber auch Entpulverungslösungen im Polymerbereich an.

Erfolg mit Wachstumspotenzial

Zusammenfassend beschreibt Andreas Hartmann den Erfolg von Solukon so: „Wir haben als Ingenieurbüro angefangen, mit dem Ziel, Industrielösungen für unterschiedliche Branchen anzubieten. Mit unseren Entpulverungslösungen haben wir vor zehn Jahren eine Nische identifiziert, für die es keine praktikablen Angebote gab. Unsere Kunden profitieren von unserem technologischen Verständnis und unserer erstklassigen Ingenieursarbeit bei der Umsetzung unserer Systeme. Zuverlässigkeit, Qualität und Innovationskraft stehen ganz oben auf der Liste und das wird auch von unseren internationalen Kunden sehr geschätzt. Wir bieten unseren Kunden nicht nur höchste Maschinenqualität und zuverlässige Reinigungsergebnisse. Was uns zusätzlich abhebt, ist die individuelle Beratung durch unsere Experten. Materialspezifische Anregungsformen, Spannsysteme, Umgang mit Stützstrukturen, Einstellen der Software-Parameter etc. sind u.a. Themen, bei denen unser kompetentes Expertenteam Antworten weiß. In Entpulverungstests mit realen Bauteilen können Interessierte sich außerdem vorab unverbindlich von der Reinigungsqualität überzeugen. So gehen wir zuversichtlich in die nächsten zehn Jahre und freuen uns auf neue Herausforderungen, die an uns herangetragen werden.“