Bericht aus Indien

Abb. 1: Die vorgeschlagenen Designs der AM-gefertigten Schüsse: a) Fußball, b) Multibumps, c) Golfball, d) Ikosaeder, e) Gitter und f ) mit quadratischem Muster

Ingenieure am Polytecnico di Milano in Italien haben eine neue Methode zur Oberflächenstrukturierung unter Verwendung maßgeschneiderter additiv hergestellter Shots entwickelt, die auf dem herkömmlichen Kugelstrahlverfahren basiert. Es werden kundenspezifische Kugeln entworfen und ihre Fähigkeit zur Oberflächenstrukturierung auf Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)-Polymer­substraten untersucht. Ein Finite-Ele­mente-Modell wurde entwickelt, um das Substrat mit kundenspezifischen Kugeln aus Edelstahl AISI 316 zu beschießen. Die erzeugten einzigartigen Texturen wurden qualitativ durch visuelle Prüfung und quantitativ unter Verwendung der Standardparameter für die Oberflächenrauheit verglichen (Abb. 1 und 2). Zur Erprobung des Konzepts wurden Tests durchgeführt, bei denen die ABS-Platten mit einem kundenspezifischen Schuss und einem Kugelschuss behandelt wurden. Die Ergebnisse unterstreichen das große Potenzial des Kugelstrahlverfahrens, in Verbindung mit der additiven Fertigung, für die Anpassung der Strahlmittel, die für die Oberflächentexturierung von Polymerwerkstoffen verwendet werden.

Abb. 2: a) Schleudersystem, das für die Vorversuche verwendet wurde, b) Ikosaeder-Sonderkugeln (Durchmesser ca. 8 mm), die von Laser-Pulver-Bett-Fusion (LPBF) in ihrem AB-Zustand hergestellt wurden, c) Kugellager aus rostfreiem Stahl (Durchmesser von 8 mm)

Die Autoren vermuten, dass das Ergebnis dieser Studie den Blick auf die Entwicklung eines neuen, flexiblen, wirtschaftlich und ökologisch nachhaltigen Verfahrens zur Oberflächenstrukturierung und -funktionalisierung öffnet.

Adv. Eng. Mater. 2023, 25, 2201730

Aluminium Dünnschichtabscheidung

Superkondensatoren sind in der Lage, sehr große Mengen an elektrischer Ladung speichern zu können. Sie stellen eine der vielversprechendsten elektrochemischen Energiespeicher dar, die wiederaufladbare Batterien ergänzen. Der Stand der Technik beruht auf weitgehend verfügbaren und relativ billigen aktiven Materialien und Elektrolyten, d. h. Aktivkohle und anorganischen Salzen wie Tetraethylam-moniumtetrafluoroborat (TEABF₄), die in organischen Lösungen, in der Regel Acetonitril (ACN), gelöst sind. Diese Kombinationen gewährleisten eine Betriebsleistung von 10 kW kg^–1 und mehr.

Wissenschaftler in Turin und Jena haben sich gemeinsam mit einer neuen Erkenntnis, die bei der Durchführung von Aluminiumauflösungsexperimenten zur Untersuchung der Stabilität von Superkondensatoren (SCs) beobachtet wurde, beschäftigt. Superkondensator (SC)-Elektroden auf der Basis von kohlenstoffbeschichteten Aluminiumfolien wurden unter rauen Bedingungen elek­trochemisch in einem Elektrolyten auf der Basis von Bis-Trifluormethylsulfonylimid (TFSI), aufgrund ihrer hohen chemischen und thermischen Stabilität, und mit Acetonitril (ACN) als Lösungsmittel, untersucht. Bei der anschließenden Abscheidung auf der kohlenstoffhaltigen Oberfläche der Gegenelektroden wurde die Auflösung von Aluminium beobachtet. Das Verfahren konnte auf Standard-SC-Aktivkohleelektroden reproduziert werden (Abb. 3).

Abb. 3: Al-Auflösungsversuch mit Aktivkohleelektroden als Anode und Kathode in 1 N Al(TFSI)3 in ACN. Die Stromdichte betrug 0,5 mA g–1

Derzeit wird Al mit Bädern aus Aluminiumhalogeniden mit niedrigem Schmelzpunkt wie AlCl₃ oder AlBr₃ abgeschieden, entweder in Mischung mit einigen Metallhydraten oder in unpolaren Lösungsmitteln. Diese stellen in der Praxis viele Einschränkungen dar. Die Entwicklung Halogen-aluminatfreier Elektrolyte eröffnet die Möglichkeit, sicherere und kostengünstigere Verfahren für die Aluminiumbeschichtung zu entwickeln, die nach wie vor eine gute technologische Lösung für die Entwicklung von Beschichtungen gegen Korrosion, zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit und der Ästhetik von Oberflächen darstellt. Allerdings müssen, so die Autoren, tiefere Einblicke in den Abscheidungsmechanismus auf der Kohlenstoffoberfläche gewonnen werden, um die beobachteten Phänomene besser nutzen zu können, eventuell auch als Alternative zu Kupfer.

Adv. Mater. Interfaces 2023, 10, 2202470

Abb. 4: Techniken des Dampfpolierens, (a) Phasen des Kaltdampfpolierens, (b) Immersionstechnik des Dampfpolierens, (c) Heißdampfpolieren

Dampf-Polieren von 3D-gedruckten Teilen

Der Marktanteil des 3D-Drucks ist seit 2014 exponentiell gewachsen. Man schätzt, dass der 3D-Druckmarkt voraussichtlich von 15 Mrd. US-Dollar im Jahr 2023 auf 34,5 Mrd. US-Dollar im Jahr 2028 ansteigen wird, mit einer jährlichen Wachstumsrate von etwa 18 %. Beim Fused Deposition Modeling (FDM), einem der in der Industrie am häufigsten verwendeten additiven Fertigungsverfahren, wird geschmolzenes Material schichtweise aufgetragen, um eine 3D-Struktur zu erzeugen. Diese 3D-gedruckten Teile müssen sich einer anschließenden Nachbehandlung unterziehen, um die Oberflächenqualität zu verbessern. Für das Polieren eines FDM- Bauteils sind die am häufigsten genutzten Optionen das Schleifen oder das Dampfglätten. Eine der besten Methoden zur Verbesserung der Oberflächenqualität ist die chemische Behandlung mit Kaltdampf. Die Nachbearbeitung von Proben durch chemisches Dampfpolieren ist eine überlegene Technik, die auch für komplexe Geometrien geeignet ist. Mit diesem Verfahren können Teile mit geringerer Auflösung gedruckt und anschließend mit chemischem Dampfpolieren poliert werden, um die Produktionsrate und die Qualität der fertigen 3D-Druckteile zu verbessern. Das chemische Dampfpolieren hat das Potenzial, den FDM-Druck zuverlässiger, kostengünstiger und marktfähiger zu machen, damit er in kommerziellen Anwendungen und in der Forschung und Entwicklung neuer Produkte eingesetzt werden kann (Abb. 4).

In einem gemeinsamen Übersichtsartikel haben Wissenschaftler und Ingenieure aus Deutschland, Indien und Singapur den Stand der Technik und die Zukunftsaussichten beschrieben.

Progr. Additive Manuf. https://doi.org/10.1007/s40964-022-00391-7