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Dienstag, 21 Juli 2020 13:00

Oberflächenveredelung additiv gefertigter Bauteile

von Dr.-Ing. Richard Suchentrunk
Geschätzte Lesezeit: 2 - 3 Minuten
Beschichtung auf ein Polyamid Modell (PA 12, als Beispiel Cu (Kupfer) als Anti-Bacteria-Coating oder TiN (Titan-Nitrid) als leitfähige Hartstoffbeschichtung) Beschichtung auf ein Polyamid Modell (PA 12, als Beispiel Cu (Kupfer) als Anti-Bacteria-Coating oder TiN (Titan-Nitrid) als leitfähige Hartstoffbeschichtung)

3D-Druck und Additive Manufacturing sind derzeit einer der High-Runner für technische und industrielle Fachpublikationen. Täglich werden Informationen über ein neues Material, eine neue Textur, ein neues Metall oder eine neue Legierung, neue Farben und neue Verfahrenstechnologien im 3D-Printing veröffentlicht. Die 3D-Drucktechnologie gewinnt zunehmend an Bedeutung und ist der innovativste Anteil in der industriellen Fertigungstechnik. Dies hat sich speziell in der Anfangsphase der Pandemiesituation gezeigt, wo es darauf ankam schnell Bauteile oder Ersatzteile (z. B. für Beatmungsgeräte) zur Verfügung zu haben.

Mit Additive Manufacturing können hochkomplexe Bauteile in kürzester Zeit verfügbar gemacht werden. Aber wie sieht es mit der Oberflächenveredelung dieser Bauteile aus? Wolfgang Pauli (Nobelpreis für Physik 1945) hat postuliert: „Gott schuf das Volumen, der Teufel die Oberfläche“.

Für die High-End-Oberflächenvergütung haben sich Plasmabeschichtungsverfahren wie z. B. das Magnetron-Sputtern als Industriestandard erwiesen. Für 3D-Drucke aus Metall oder Metalllegierungen kann dieses gut verstandene PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition) selbstverständlich direkt angewandt bzw. übernommen werden. Aber was ist, wenn bionisch optimierte, leichte, aber temperaturempfindliche 3D-gedruckte Komponenten aus Kunststoffen ins Spiel kommen? Selbstverständlich benötigen auch einige dieser Teile eine optimierte PVD-Oberfläche um zum Beispiel leitfähig, antibakteriell, verschleißfester oder um allgemein funktioneller zu werden. Das Anlegen einer Bias-Spannung oder Verfahren mit erhöhter thermischer Belastung sind unmöglich. Bedeutet dies, dass wir die Vorteile des Additiv Manufacturing für besagte Bauteile mit einer minderen Oberflächenbeschaffenheit erkaufen müssen?

Nein! Eine neuentwickelte asymmetrisch gepulste Stromversorgungstechnologie für das Magnetron-Sputterverfahren hat gezeigt, das effektive Beschichtungen bei temperatursensitiven Substraten problemlos machbar sind. Um auf Herrn Pauli zu-
rückzukommen: „Lieber Wolfgang, Sie hatten recht!

Der Teufel hat die Oberfläche geschaffen. Es ist unmöglich ihn zu vertreiben. Lediglich bei Anwendungen in seinem Element, den hohen Temperaturen, können wir erreichen, dass er uns ein wenig behilflich ist. Jedoch beim Magnetron Sputtern
von temperatursensitiven Substraten, können wir ihm lediglich mit einer ausgeklügelten Plasmastromversor-gungstechnologie zu Leibe rücken.“ Dieses spe-zielle DC-Pulsverfahren mit einem signifikant erweiterten Parametereinstellungsbereich wurde von J. Schneider Elektrotechnik auf Initiative von 4A-PLASMA, einem Ingenieurbüro für Plasma PS-Technology, auf der bestehenden PLASMATec-Stromversorgungsplattform weiterentwickelt.

Erste Versuche mit dieser neuen Technologie haben erstaunliche Ergebnisse bei funktionellen und dekorativen Beschichtungen auf Bauteilen gezeigt, deren polymeres Grundmaterial gerade mal ein wenig mehr als Raumtemperatur standhalten kann. Flexible Beschichtungen die ein 3D-Druck Bauteil mit einer erhöhten mechanischen Belastbarkeit, einer antibak-teriellen Oberfläche und/oder einer einstellbaren Leitfähigkeit aufwerten können, sind nur einige der vielen positiven ersten Erkenntnisse. Diese aussichtsreichen Ergebnisse wurden auf internatio-nalen Konferenzen vorgestellt. Nach dem erstaunlich positiven Feedback und großem Interesse werden derzeit in mehreren Europäischen Institutionen umfangreiche Untersuchungen mit der PLASMATec Ap Stromversorgung von J. Schneider durchgeführt, um die Erkenntnisse dieser Technologie zu vertiefen und wissenschaftlich auszuwerten.

Weitere Informationen: Gerhard Eichenhofer, 4A-PLASMA, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

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  • Ausgabe: 7
  • Jahr: 2020
  • Autoren: Dr.-Ing. Richard Suchentrunk

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