SLM Solutions: Finaler Schliff für additive Teile

Höchst unterschiedlich sind die Werkstücke, die bei SLM Solutions in Lübeck programmiert werden: Es sind Bauteile aus nahezu allen Branchen, die im Applikationszentrum des Spezialisten für Maschinen zur additiven Fertigung von Serienteilen und Prototypen aus Metall auf Machbarkeit überprüft, erstellt und nachbearbeitet werden.

Teile aus der konventionellen Fertigung werden neu konstruiert, um die besonderen Vorteile der aufbauenden Verfahren nutzen zu können. So lassen sich beispielsweise Funktionen in Komponenten integrieren – der Klassiker sind konturnahe Kühlungen im Werkzeugbau, die sich additiv an Geometrien auf eine Weise anpassen lassen, wie es zerspanend niemals möglich wäre.

Oder es sind Leichtbaustrukturen, bei denen nur dort Material eingesetzt wird, wo es der Kräfteverlauf im Bauteil notwendig macht. Es gibt viele sinnvolle Einsatzmöglichkeiten, in denen AM-Anlagen wie die von SLM Solutions ihre Stärken ausspielen.

Genauso vielfältig wie das Spektrum der Auftraggeber und der zu bearbeitenden Geometrien ist übrigens auch die Palette der eingesetzten Materialien: Von Aluminium- über Titanlegierungen bis hin zu Kobaltchrome-Materialien, auch Inconel, spannt sich hier der Bogen. "Nicht wenige der Werkstücke werden im Anschluss an den Bauprozess gehärtet, gehippt oder anderweitig druckverdichtet", berichtet Andreas Barnick, Leiter des Applikationszentrums. "Nahezu alle Werkstücke müssen nachbearbeitet werden – sei es, dass lediglich Supportstrukturen sauber entfernt oder bestimmte Oberflächeneigenschaften der Werkstücke gesichert werden müssen. Da wir es hier mit sehr kleinen Stückzahlen – oft mit Losgröße 1 – zu tun haben, rechnet sich eine Automatisierung nicht. Unsere Experten übernehmen das manuell."

Gerade aus den neuen Legierungen, die in Luft- und Raumfahrt, aber auch in Automotive und anderen Branchen immer mehr Verwendung finden, rekrutieren sich die schwierigen Fälle für die mechanische Nachbearbeitung: "Die hartzähen Werkstoffe bekommen in der Regel nach dem Bauprozess eine Wärmebehandlung", erklärt Barnick. "Die Herausforderung: Wenn wir Werkstücke aus diesen Legierungen vor der Wärmebehandlung zerspanen, ist das Material sehr zäh – und schwierig zu bearbeiten. Und wenn wir sie danach bearbeiten, dann sind sie sehr hart, und man hat mit dem Werkzeugverschleiß und kleinen Zerspanraten zu kämpfen."

Die Materialien, die in SLM-Anlagen (Selective Laser Melting) im Pulverbettverfahren aus fein verdüsten und sehr gezielt per Laser aufgeschmolzenen Metallpulvern gezielt aufgebaut werden, haben ähnliche Eigenschaften wie Werkstoffe mit identischer Zusammensetzung, die als Schmiedeteile zur Bearbeitung kommen. Auch die Dichtheit des Gefüges ist heute kaum mehr ein Problem – sie liegt je nach Bauparametern bei deutlich mehr als 99,5 Prozent. So sind beispielsweise auch Turbinenschaufeln mit komplexem Innenleben möglich.

Der Aufbau erfolgt schichtweise – inzwischen sind die Schichtdicken, je nach Anforderungen an die geforderte Werkstückqualität, auf bis zu 30 µm beziehungsweise 50 µm reduziert worden. Je dünner die Schicht, desto feiner wird der "Treppeneffekt" an Flächen, die schräg zur Pulverbettoberfläche im Raum stehen, und desto dichtere Werkstoffgefüge sind erzielbar. Allerdings erhöht sich mit der Abnahme der Schichtdicke logischerweise auch die Bauzeit, da für das gleiche Bauteil deutlich mehr Durchgänge – Auftragen des Pulvers, selektives Schmelzen – benötigt werden. Nicht nur aufgrund des immer noch vorhandenen Treppeneffekts benötigen die meisten additiv gefertigten Bauteile eine Nachbearbeitung.

In der Regel wird das Werkstück in der Anlage direkt auf einer Bauplatte aufgebaut – das Werkstück selbst sowie seine Supportstrukturen. Mit der Bauplatte werden die Werkstücke aus der Anlage entnommen. Zunächst muss für eine Nachbearbeitung daher das Bauteil von der Bauplatte getrennt werden.

"Hier findet man in den Betrieben die unterschiedlichsten Lösungen – von der Flex fürs Grobe bis hin zum mit PEPS ">Drahterodieren für einen sauberen Schnitt, der ungewollte mechanische Einflüsse aufs Bauteil ausschließt, kann man in den Unternehmen die verschiedensten Ansätze und Philosophien beobachten", erklärt der Anwendungsingenieur. "Was sinnvoll ist, richtet sich nach den Eigenschaften, die das Bauteil haben soll. Dann kann die eigentliche Nacharbeit beginnen: Jedes Werkstück kommt mit oft sehr spezifischen Anforderungen beispielsweise an die Eigenschaften der Oberfläche – und hier sind wir sehr flexibel aufgestellt: Vom bloßen Entfernen der Supportstruktur bis hin zu Spiegelhochglanz können wir unseren Auftraggebern alles bieten. Und die jeweiligen Anforderungen setzen wir hier sehr individuell um."

Für die diffizilen Arbeiten verlassen sich die AM-Experten auf ihre umfassende Erfahrung – und auf Technik des Oberflächenspezialisten joke aus Bergisch-Gladbach. "Unsere Kunden erwarten von uns Teile, die einerseits ihren hohen Anforderungen entsprechen und die andererseits schneller, besser, schöner, funktionaler oder preiswerter sind als vergleichbare Werkstücke, die mit anderen Verfahren hergestellt werden", betont Barnick. "Dazu gehören auch entsprechende Oberflächenqualitäten. Hier bietet uns joke mit den mobilen Schleif-, Entgrat- Fräs- und Poliergeräten der Eneska-Micro-Baureihe ein leistungsfähiges System, mit dem wir alle Eventualitäten abdecken können."

Ein wichtiger Faktor für die Applikationsspezialisten bei SLM Solutions ist das Bearbeitungs-Know-how der Oberflächenexperten aus Bergisch-Gladbach, auf das sie sehr unkompliziert zugreifen können – joke steht seinen Anwendern mit Rat und Tat zur Seite. So wird die Nachbearbeitung ein kalkulierbarer Faktor. Zumal joke nicht nur über versierte Experten verfügt, sondern rund um die Eneska-Geräte – Antriebssysteme und Handstücke – auch über ein breites Spektrum von Werkzeugen, Schleif- und Polierpasten, Strahl-, Reinigungs- und Arbeitsplatzsystemen.

"Hier bekommen wir alles aus einer Hand – für jeden Werkstoff und jede gewünschte Oberflächenqualität", bekräftigt Barnick. "Da ist von Schleifstiften für die Bearbeitung von Inconel über Diamantpasten etwa für die Feinstbearbeitung von Titan bis hin zu Messingfaser-Polierfilzen für komplexe Aluminiumgeometrien alles vorhanden."

Mit dem Oberflächenspezialisten aus Bergisch-Gladbach gibt es schon lange eine enge Zusammenarbeit – sie reicht in Zeiten zurück, als die AM-Anlagen aus Lübeck noch das Label "MTT" trugen. "Bereits damals haben wir zusammen mit den Experten von joke viele Bearbeitungsthemen gelöst, beispielsweise aus dem Vakuumgießen", erinnert sich Barnick. "Wir haben von unseren Anwendern immer wieder Musterstücke bekommen, die nicht selten sehr schwierig zu bearbeiten waren, und joke hat sich unserer Herausforderungen angenommen und uns geholfen, sie zu lösen. So sind wir gemeinsam gewachsen – es ist eine gute, tragfähige Partnerschaft." em