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© FOTEC Forschungs- und Technologietransfer GmbH

elchemPP (Land NÖ + WK NÖ)

Erweiterungen der Kompetenzen und der Infrastruktur des LMI für das 3D Drucken von Metallen

Das gegenständliche Projekt elchemPP, welches aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung kofinanziert wird, ist die logische und konsequente Weiterentwicklung des „LMI für das 3D Drucken von Metallen“ bei dem Konsortialführer FOTEC Forschungs- und Technologietransfer GmbH mit dem Ziel, das in der oben zitierten Befragung bzw. Studie aufgezeigte Problem der erreichbaren Oberflächengüten zu lösen und die Nachbearbeitungskosten deutlich zu senken.

Ausgangslage

Eine im Auftrag der ecoplus (KC/MC) im Frühjahr/Sommer 2018 durchgeführte Befragung (Mag. (FH) DI Klaus Hitzenberger) hat ergeben, dass insbesondere die Qualität von 3D-gedruckten metallischen Bauteilen in Bezug auf erreichbare Toleranzen und Oberflächengüten noch nicht die Erwartungen möglicher Bedarfsträger erfüllt. Dieses Ergebnis deckt sich mit den Ergebnissen einer im Herbst/Winter 2017 von der WK NÖ beauftragten Studie (DI Ewald Babka) und mit den Erkenntnissen der FOTEC aus dem Betrieb des LMI für das 3D Drucken von Metallen. Die Auskunft von Airbus DS, dass die Nachbearbeitungskosten für 3D gedruckte metallische Bauteile 30 – 40% der gesamten Herstellungskosten einnehmen, bestätigt ebenfalls Handlungsbedarf, da dieser Anteil zu hoch ist.Das gegenständliche Projekt elchemPP, welches aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung kofinanziert wird, ist die logische und konsequente Weiterentwicklung des „LMI für das 3D Drucken von Metallen“ bei dem Konsortialführer FOTEC Forschungs- und Technologietransfer GmbH mit dem Ziel, das in der oben zitierten Befragung bzw. Studie aufgezeigte Problem der erreichbaren Oberflächengüten zu lösen und die Nachbearbeitungskosten deutlich zu senken. Hierfür soll mit den Konsortialpartnern Fachhochschule Wiener Neustadt GmbH und Aerospace & Advanced Composites GmbH ein neuartiges und automatisierbares (und somit für die industrielle Fertigung akzeptables) elektrochemisches Nachbearbeitungsverfahren getestet werden. Dazu müssen die technisch-wissenschaftlichen Grundlagen erarbeitet werden, um Metalle, die für das 3D-Drucken von zentraler Bedeutung sind, bei hohen Anforderungen an die Qualität nachbehandeln zu können.

Aktuell ist es Stand der Technik, Stützstrukturen mechanisch vom Bauteil zu entfernen und anschließend Oberflächen ebenfalls mechanisch bzw. mit diversen Strahlverfahren einzuebnen. Typischerweise werden hierfür die folgenden Methoden eingesetzt:

  • Wegbrechen der Stützstrukturen an eingebauten Sollbruchstellen

  • Fräsen (plane Flächen)

  • Drehen (zylindrische Bauteile bzw. Elemente)

  • Bohren (Löcher)

  • manuelles Schleifen & Polieren

  • Sandstrahlen

  • Kugelstrahlen

Diese Art der Nachbearbeitung ist extrem zeit- und kostenaufwändig und besonders bei komplexen Bauteilen kann es bereits eine Herausforderung sein, das Bauteil ausreichend in den Bearbeitungsmaschinen einzuspannen. Die erreichbare Oberflächengüte ist ebenfalls eingeschränkt. Mit Kugelstrahlen, einem an sich wirkungsvollen Glättungsverfahren, wird typischerweise eine Rauigkeit von immer noch Ra ~ 6-7 µm erreicht. Daher werden zunehmend alternative Nachbearbeitungsverfahren getestet z.B. chemisch/physikalische Bearbeitungsverfahren wie Laserpolieren und elektrochemisches Polieren. Diese Verfahren versprechen geringere Arbeitszeitkosten und bessere Glättungsergebnisse. Nur für elektrochemisches Polieren sind innen liegende Oberflächen in Bauteilen überhaupt zugänglich. Stützstrukturen auf oder innerhalb komplexer Geometrien können jedoch weder mit klassischem Elektropolieren noch mittels anderer konventioneller Methoden brauchbar bzw. mit sinnvollem Aufwand abgelöst werden. Es kann jedoch vorkommen, dass Bauteilgeometrien nur mithilfe solcher schwer zugänglicher Stützstrukturen mit guter Qualität generativ gefertigt werden können. Derartige Geometrien können aktuell aufgrund der beschriebenen technischen Einschränkungen bei der Nachbearbeitung häufig nicht realisiert werden. Es wird erwartet, dass das automatisierte elektrochemische Nachbearbeitungsverfahren, das in diesem Projekt getestet werden soll, diese Einschränkungen weitgehend aufhebt bzw. deutlich reduziert.

Ziele

  • Beschaffung und Inbetriebnahme einer Anlage für automatisierte elektrochemische Glättung und Stützstrukturentfernung

  • Ermittlung der Parameter für die Nachbearbeitung unterschiedlicher Metalle

  • Erlangung von Erkenntnissen über Auswirkungen von Metall-Pulvereigenschaften auf die erzielbaren Glättungsergebnisse

  • Festlegung von Design-Richtlinien für Supports

  • Erlangung von statistischen Daten zu Abtrageraten für die Aufmaß-Berechnung

Ergebnis

Projekt noch laufend.

Zwischenergebnisse: Die elektrochemische Nachbearbeitungsanlage wurde beschafft und in Betrieb genommen. Grundlegende Parameter für die Behandlung von Aluminium-Bauteilen wurden bereits ausgearbeitet und Erkenntnisse über durschnittliche Abtrageraten wurden gewonnen.

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