Reinigen additiv gefertigter Teile

Das Fraunhofer-Institut für Giesserei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV betreibt anwendungsbezogene Forschung mit Schwerpunkt in den Themenfeldern Engineering, Produktion und Multimateriallöungen. Letztere werden unter anderem in dem Grossprojekt «Multimaterial-Zentrum Augsburg» erforscht. Betrachtete additive Fertigungsverfahren sind das Laserstrahlschmelzen, Kaltgasspritzen und drahtbasiertes Direct Energy Deposition.

Teilprojekt Multirein
Im Teilprojekt Multirein wird an Lösungen geforscht, wie die Qualität von Bauteilen oder Prozessen durch angepasste Analyse-, Detektions- sowie Reinigungsmethoden sichergestellt werden kann. Dafür sowie für weitere laufende Forschungsprojekte im Bereich der additiven Fertigung und technischen Sauberkeit wurde eine Reinigungsanlage von LPW gebaut. Sie ist für die flexiblen Abläufe des Augsburger Forschungsbetriebs ausgelegt.
Aus Sicht der technischen Sauberkeit waren die generierten Reinigungsergebnisse bisher nicht ausreichend reproduzierbar und konnten in der betrieblichen Praxis oftmals zu Ausschuss führen. Zudem erschweren die bislang fehlenden Sauberkeitsgrenzwerte beziehungsweise Normen für Folgeprozesse die Auswahl und Parametrisierung der Anlagentechnik.
Durch die Zusammenarbeit in Forschungsprojekten zwischen dem Institut und dem Anlagenhersteller konnte in der Vergangenheit bereits viel Erfahrung zur Reinigung additiv gefertigter Bauteile mit der CNp-Technologie gesammelt werden. Im Technikum des Unternehmens durchgeführte Testreihen mit additiv gefertigten Musterbauteilen ermöglichten, die Vorteile angepasster Reinigungsprozesse für komplexe Additive Manufacturing (AM)-Strukturen aufzuzeigen. Verglichen wurde insbesondere zwischen automatisiertem, vibrationsbasiertem Entpulvern, fluidbasierten Ultraschall- und CNp-Verfahren sowie deren Kombination. Die Mischung des waschmechanisch starken Ultraschall-Prozesses mit dem geometrieunabhängigen CNp-Verfahren, das den kontinuierlichen Reinigungs-/Spülprozess auch in der komplexen Geometrie gewährleistet, hat in den insgesamt zwölf Versuchsreihen die besten Ergebnisse erzielt.

Vielfältige Herausforderungen bei der Reinigung
Die Herausforderungen für die Reinigungstechnik im Forschungsfeld der additiven Fertigung sind vielzählig. Die komplexen und filigranen Strukturen der Bauteile sind dabei besonders kritisch. Durch Topologieoptimierung und Funktionsintegration weisen viele Bauteile zwar eine gute Funktionalität auf, jedoch erschweren komplizierte Geometrien die Reinigung. Geringe Losgrössen führen zudem dazu, dass Prozesse nicht langfristig ausgelegt beziehungsweise optimiert werden können. Das Fraunhofer IGCV erforscht neben der additiven Fertigung weitere Themengebiete – beispielsweise die Refabrikation oder Batteriezellenfertigung. Aus diesem Grund müssen Reinigungsanlagen für den Forschungsalltag sehr flexibel ausgelegt werden.
Die dreistufige Kammer-Reinigungsanlage aus der Baureihe «PowerJet 530 CNp» mit manueller Beladung verfügt über zwei Reinigungstanks und einen Spültank. Ihre Chargendimensionen sind 300x300x300 mm für Korb- oder Palettenware. Darüber hinaus ist das Reinigungssystem für Flut- und Spritzprozesse mit circa 5,5 bar, Ultraschallreinigung 10 W/l mit 25 kHz sowie integrierter CNp-Reinigung und -Spülung ausgestattet. Die Trocknung erfolgt in der Kammer per integrierter Heissluft-Vakuumtrocknung. Neben der obligatorischen Fernwartung verfügt die Anlage über eine OPC UA-Schnittstelle zum Datentransfer und -austausch.

Flexibler Einsatz
Die Aufgabenstellung des Augsburger Instituts an die Reinigungsanlage ist sehr vielfältig. Aktuell werden Projekte mit laserstrahlgeschmolzenen Bauteilen aus Metall und lasergesinterten Komponenten aus Kunststoff bearbeitet. Die Anlage wird darüber hinaus für Industrieprojekte mit kundenspezifischen Anforderungen verwendet, um realitätsnahe Lösungen für die Wirtschaft zu entwickeln.
Timo Schiessl, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Augsburger Forschungsinstitut, resumiert: «Die bisherigen Erfahrungen in Vorversuchen und ersten Tests zeigen das Potenzial der CNp-Technologie zur effizienten Reinigung komplexer Geometrien. Dank der modernen Reinigungstechnik verfügt unser Technikum nun über eine Anlage mit der wir Reinigungsprozessketten noch intensiver erforschen können.»

ZU DEN AUTOREN
Timo Schiessl, M. Sc., Wissenschaftlicher Mitarbeiter Fraunhofer-Institut für Giesserei-, Composite- und Verarbeitungs-technik IGCV
Am Technologiezentrum 2
D-86159 Augsburg
T +49 (0)821 90678-0
www.igcv.fraunhofer.de
timo.schiessl@igcv.fraunhofer.de

Dirk Konzok, Vertriebsleiter
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