Bauteile unter Beschuss

Zwei Testbauteile aus PA12, die mittels Selektivem Lasersintern hergestellt wurden: links nach der Bestrahlung mit Kunststoffgranulat, rechts ohne Strahlbehandlung. © Fraunhofer IPA/Foto: Mark Becker

Bisher hat man sich auf Erfahrungswerte gestützt, wenn es darum ging, die Oberflächen additiv gefertigter Bauteile zu bestrahlen. Doch nun haben das Fraunhofer IPA und die Microstrahltechnik-Vertriebs GmbH in einer wissenschaftlichen Versuchsanordnung geklärt, welches Strahlmittel mit welchen Prozessparametern sich am besten für einen bestimmten Werkstoff eignet.

Wenn additiv gefertigte Kunststoffbauteile frisch aus dem 3D-Drucker kommen, wirken sie meist grob und unfertig. Sie sind rau, man erkennt Schichtrillen und speziell beim Lasersintern haften ihnen Pulverreste an. Um die Bauteile zu reinigen und die Oberflächen zu glätten, wird die Strahltechnik, speziell die Druckluftstrahltechnik, eingesetzt. Dabei wird ein festes Strahlmittel, meist mineralischer, metallischer oder synthetischer Basis, mittels Druckluft beschleunigt und auf die Bauteiloberfläche gelenkt, sodass diese bearbeitet wird. Welches Strahlmittel für welchen Werkstoff am besten geeignet ist und mit welchen Prozessparametern die besten Ergebnisse erzielt werden, blieb bisher dem Erfahrungswissen der Anwender überlassen.

Doch nun hat Mark Becker vom Zentrum für additive Produktion (ZAP) am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in enger Zusammenarbeit mit der MST Microstrahltechnik-Vertriebs GmbH aus Reutlingen diese Frage in einer wissenschaftlichen Versuchsanordnung geklärt. Dazu fertigten die Forschungspartner zunächst Musterbauteile aus den drei Thermoplasten Polylactid (PLA), Polyamid (PA12) und Polyetheretherketon (PEEK), die in unterschiedlichen Produktsegmenten für die additive Fertigung relevant sind. Anschließend wurden die Musterbauteile am Fraunhofer IPA automatisiert und bei MST manuell mit Glasbruch, Kunststoffgranulat, Keramikkugeln oder dem Mineral Korund bestrahlt.

Wissen um richtige Strahlbehandlung ist bares Geld wert

Vor und nach der Strahlbehandlung wurde die Rauheit der Musterbauteile gemessen. Dabei zeigte sich beispielsweise, dass Bauteile aus PLA eine gute Oberflächenverbesserung aufweisen, wenn sie mit Glasbruch bestrahlt worden sind. Außerdem konnte nachgewiesen werden, dass der automatisierte Strahlprozess gleichmäßigere und glattere Oberflächen hervorbringt als die manuelle Strahlbehandlung.

Das Wissen um die richtige Strahlbehandlung ist bares Geld wert. Denn einerseits unterscheiden sich die Materialkosten je nach Strahlmittel und andererseits bedürfen die Bauteile je nach Druckverfahren mehr oder weniger dringend einer Strahlbehandlung. »Vor allem beim Hochtemperaturkunststoff PEEK, der in der Medizintechnik gefragt ist, rächt sich das falsche Strahlmittel«, sagt Becker. »Der Werkstoff ist recht teuer und schwierig zu drucken. Da ist es ganz besonders ärgerlich, wenn man das Bauteil bei der Strahlbehandlung versehentlich unbrauchbar macht.«