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24.03.2020

Innenkanäle effizient bearbeiten

Studien zeigen: Mit Gleitschleifen, Sandstrahlen sowie chemisch unterstütztem Gleitschleifen lassen sich die Innenflächen von Kühlkanälen optimal bearbeiten.

Additive Manufacturing ermöglicht die Integration konturnaher Kühlkanäle in Bauteile. Für die automatisierte Nachbearbeitung (Entfernung von Restpulver und Glätten) der Innenflächen dieser Kanäle führten die Fachbereiche Maschinenbau und Chemische Verfahrenstechnik des Politecnico Milano zusammen mit Rösler Italiana eine Untersuchung mit den Verfahren Gleitschleifen, Sandstrahlen sowie chemisch unterstütztes Gleitschleifen durch. Die Studienergebnisse zeigen, dass mit allen drei Verfahren eine deutliche Verbesserung der Oberflächenqualität erzielt wird.

  • Insbesondere im Werkzeugbau bietet die Integration von Kühlkanälen Vorteile, denn Temperaturschwankungen beispielsweise während des Kühlzyklus erhöhen die Gefahr, dass sich Teile verziehen. Darüber hinaus lassen sich die Kühlzykluszeiten durch eine konturnahe Kühlung deutlich reduzieren. Bild: Rösler Oberflächentechnik

    Insbesondere im Werkzeugbau bietet die Integration von Kühlkanälen Vorteile, denn Temperaturschwankungen beispielsweise während des Kühlzyklus erhöhen die Gefahr, dass sich Teile verziehen. Darüber hinaus lassen sich die Kühlzykluszeiten durch eine konturnahe Kühlung deutlich reduzieren. Bild: Rösler Oberflächentechnik

  • Die SLM-Technologie ist ein ideales Verfahren für die Herstellung von Werkzeugeinsätzen. Allerdings weisen die Oberflächen nach dem Druckprozess auch in Innenkanälen Restpulver und eine hohe Rauigkeit auf, sodass eine entsprechende Nachbearbeitung unverzichtbar ist. Bild: Rösler Italiana S.r.l.

    Die SLM-Technologie ist ein ideales Verfahren für die Herstellung von Werkzeugeinsätzen. Allerdings weisen die Oberflächen nach dem Druckprozess auch in Innenkanälen Restpulver und eine hohe Rauigkeit auf, sodass eine entsprechende Nachbearbeitung unverzichtbar ist. Bild: Rösler Italiana S.r.l.

  • Die Untersuchungen wurden mit verschiedenen Geometrien durchgeführt, die Durchmesser der Innenkanäle lagen bei 3; 5; 7,5 und 10 mm. Bild: Rösler Italiana S.r.l.

    Die Untersuchungen wurden mit verschiedenen Geometrien durchgeführt, die Durchmesser der Innenkanäle lagen bei 3; 5; 7,5 und 10 mm. Bild: Rösler Italiana S.r.l.

  • Die Untersuchungen wurden mit verschiedenen Geometrien durchgeführt, die Durchmesser der Innenkanäle lagen bei 3; 5; 7,5 und 10 mm. Bild: Rösler Italiana S.r.l.

    Die Untersuchungen wurden mit verschiedenen Geometrien durchgeführt, die Durchmesser der Innenkanäle lagen bei 3; 5; 7,5 und 10 mm. Bild: Rösler Italiana S.r.l.

  • Die Untersuchungen wurden mit verschiedenen Geometrien durchgeführt, die Durchmesser der Innenkanäle lagen bei 3; 5; 7,5 und 10 mm. Bild: Rösler Italiana S.r.l.

    Die Oberflächen-Morphologie der Innenkanal-Oberflächen und das korrespondierende Rauheitsprofil zeigen, dass mit dem chemisch unterstützten Gleitschleifen die besten Ergebnisse erzielt werden. Bild: Rösler Italiana S.r.l.

  • Bei allen drei Bearbeitungsansätzen sind die endgültigen Rauheitswerte in vertikaler und horizontaler Richtung des Innenkanals sehr ähnlich. Bild: Rösler Italiana S.r.l.

    Bei allen drei Bearbeitungsansätzen sind die endgültigen Rauheitswerte in vertikaler und horizontaler Richtung des Innenkanals sehr ähnlich. Bild: Rösler Italiana S.r.l.

  • Die Weiterentwicklung der M3 von AM Solutions ermöglicht eine wirtschaftliche, automatisierte Nachbearbeitung additiv gefertigter Bauteile, auch in schwer zugänglichen Werkstückbereichen, die bisher nicht oder nur mit einem sehr hohen manuellen Aufwand bearbeitet werden konnten. Bild: Rösler Italiana S.r.l.

    Die Weiterentwicklung der M3 von AM Solutions ermöglicht eine wirtschaftliche, automatisierte Nachbearbeitung additiv gefertigter Bauteile, auch in schwer zugänglichen Werkstückbereichen, die bisher nicht oder nur mit einem sehr hohen manuellen Aufwand bearbeitet werden konnten. Bild: Rösler Italiana S.r.l.

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Mit Additive Manufacturing (AM) lassen sich Teilegeometrien herstellen, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht realisierbar sind. Mit dieser neuen Technologie lassen sich Bauteile mit komplexer Formgebung, integrierten Funktionen und konturnahen Kühlkanälen fertigen. Diese Eigenschaften von AM sind unter anderem für den Werkzeugbau, die Hydraulik sowie die Luft- und Raumfahrt von großem Interesse. Insbesondere im Werkzeugbau bietet die Integration von Kühlkanälen Vorteile, denn Temperaturschwankungen beispielsweise während des Kühlzyklus erhöhen die Gefahr, dass sich Teile verziehen. Darüber hinaus lassen sich die Kühlzykluszeiten durch eine konturnahe Kühlung deutlich reduzieren.

Selektives Laser Melting – optimal aber mit hoher Oberflächenrauheit

Für die Herstellung von Teilen im Werkzeugbau ist das Selektive Laser Melting (SLM) das Verfahren der ersten Wahl. Durch das selektive Aufschmelzen der Pulverschichten mit einem Laserstrahl entsteht ein verfestigtes und nahezu dichtes Werkstück. Herausforderungen liegen jedoch einerseits in der Entfernung von Pulveranhaftungen aus den Kühlkanälen, andererseits in der verfahrensbedingten rauen Oberfläche der Teile, die Ra-Werte zwischen 10 und 20 µm aufweist. Sowohl die hohe Oberflächenrauheit als auch die Ablagerungen in den Kanälen beeinträchtigen die Funktionalität der Bauteile – Reibungsverluste und Turbulenzen, Druckabfälle im System, gelöste Partikel, die andere Geräte beschädigen können. Da die Innenflächen komplexer Bauteile mit integrierten Kavitäten durch eine konventionelle Bearbeitung nicht erreicht werden können, sind hier neue Nachbehandlungsverfahren erforderlich. Die Wahl des richtigen Verfahrens für die Oberflächenbehandlung hat damit entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer der Komponente und die Effizienz des Systems. Eine Alternative zur Bearbeitung der Außen- und Innenflächen additiv gefertigter Bauteile stellt die Gleitschlifftechnik dar. In diesem Prozess werden die Werkstücke in einer Gleitschliffanlage in speziell abgestimmten Medien und Compounds eingetaucht. Die Vibration des Arbeitsbehälters führt zu einer kreisförmigen Bewegung der Werkstücke, gleichzeitig werden die Oberflächen der Teile durch die Medien geschliffen und so die gewünschte Oberflächenqualität hergestellt.


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