Beschichtungen gegen raue und poröse 3D-Druck-Teile

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Technische Beschichtungen mit Lack oder Metall können eine interessante Alternative zur aufwändigen Nachbehandlung additiv gefertigter Bauteile sein.

Mittlerweile hat sich die Additive Fertigung auch in der industriellen Produktion etabliert und gilt als eine der wichtigen Zukunftstechnologien mit nachhaltigem Einfluss auf den Fertigungsmarkt und darüber hinaus. Die Industrie kann eine „Produktion auf Knopfdruck“ realisieren, die darüber hinaus flexibel anpassbar und in kleinen Stückzahlen möglich ist. Allerdings stellen vielfach die Oberflächenrauhigkeit der Bauteile und die Porosität der Oberfläche eine Herausforderung dar.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben Forscher der belgischen NPO Sirris und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP in einem gemeinsamen Projekt technische Beschichtungen im Additive Manufacturing – AM – erforscht.

Sirris ist spezialisiert auf die Erforschung von Lösungen für technologische Herausforderungen. Die NPO arbeitet in der Regel mit Universitäten, Forschungszentren, Verbänden und anderen Instituten zusammen. Am Fraunhofer IAP verfügen die Forscher über langjährige Erfahrung im Bereich Technischer Beschichtungen. Das Fraunhofer IAP bietet Forschungsleistungen rund um das Thema Polymere an.

„Mit dem Übergang von AM aus dem Rapid Prototyping in die industrielle Produktion wachsen heutzutage die Anforderungen an AM-gefertigte Bauteile. Es ist in der industriellen Fertigung essentiell, gleichbleibende Materialqualität zu garantieren. Bei einem Prototyp spielt dieser Aspekt eine untergeordnete Rolle. Zusätzlich wachsen die Anforderungen an die Oberflächenqualität“, sagt Dr. Andreas Holländer, Experte für Oberflächentechnologien am Fraunhofer IAP.

Glatte und versiegelte Oberflächen mit spezifischen Eigenschaften

Mithilfe technischer Beschichtungen konnten die Wissenschaftler beider Institutionen die Oberflächeneigenschaften AM-gefertigter Bauteile signifikant verbessern. Als die effektivste Methode der Oberflächenoptimierung erwies sich die Kombination von Lackieren und Polieren. Zusätzlich können die Bauteile durch die Verwendung spezieller Lacke oder anderer Oberflächenbehandlungen funktionalisiert werden.

Im Projekt metallisierten die Wissenschaftler das Bauteil, um die Funktionalisierung zu verdeutlichen. Andere Funktionalisierungen sind beispielsweise erhöhte Kratzfestigkeit oder antibakterielle Eigenschaften.

Sirris stellte verschiedene Komponenten zur Verfügung, die mit selektives Lasersintern (SLS), Stereolithographie (SLA), Material Jetting (MJ) und FDM (Fused Deposition Modeling = 3D-Druck) hergestellt wurden. Alle Methoden stellen unterschiedliche Anforderungen an die Oberflächenbehandlung.

Vielzahl von Anforderungen erfüllbar

„Mit unserer jahrelangen Erfahrung in der Oberflächenbehandlung können wir eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen. Wir haben jedes Teil im ersten Schritt analysiert, um die spezifischen Eigenschaften zu bestimmen. Danach konnten wir die jeweilige Oberfläche aktivieren, lackieren und mit der entsprechenden Methode metallisieren,“ erklärt Dr. Holländer, der die Forschungsgruppe am Fraunhofer IAP leitet.

Beschichtungen gegen poröse und raue Oberflächen

Patrick Cosemans von Sirris Flanders ergänzt: „Es hat zwei Nachteile, die fertigen Komponenten nur zu polieren: zum einen dauert es lange, zum anderen verändern wir die Form des Bauteils. Es kommt zu Abrieb, den wir aber vermeiden wollen. Mit dem Fraunhofer IAP wir haben Möglichkeiten entwickelt, um die aktuellen Probleme, insbesondere die poröse und raue Oberfläche, in der additiven Fertigung zu überwinden.“

Nach Erfahrung der beiden Projektpartner stoßen konventionelle Fertigungsmethoden bei komplexen Bauteilen häufig an ihre Grenzen. Je komplexer das Bauteil konstruiert ist, desto schwieriger und teuer wird es bei konventioneller Fertigung. AM eröffnet hier neue Möglichkeiten. Bauteile unterschiedlicher Komplexität können schneller und kosteneffizienter hergestellt werden. Beispielsweise kann ein Bauteil, das konventionell aus mehreren Einzelteilen besteht, in einem Schritt produziert werden.

Bauteile vollständig funktionalisierbar

„Es ist wichtig,“ sagt Dr. Holländer, „dass die Oberfläche eines Bauteils an jeder Stelle genau die Qualität aufweist, die sie haben soll. Gerade bei komplex aufgebauten Teilen wird es häufig schwierig, jeden Bereich der Oberfläche zu erreichen. Wir konnten zeigen, dass wir mit der entsprechenden Oberflächenbehandlung das ganze Bauteil vollständig funktionalisieren können. Die Anwendung etablierter Technologien der Technischen Beschichtung eröffnet neue Möglichkeiten für den AM-Markt. In Zukunft wird die entsprechende Oberflächenbehandlung in den AM-Fertigungsprozess integriert werden.“

gk

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