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Case Study AutoSmooth
Automatisierte Nachbearbeitung für das ColdMetalFusion
Das Projekt zielt auf die Automatisierung der Nachbearbeitung von ColdMetalFusion (CMF)-Grünteilen ab, deren begrenzte mechanische Stabilität bislang eine manuelle Entpulverung erforderlich macht. Kern des Projekts ist die Entwicklung eines automatisierten Verfahrens mit hoher Pulverrückführungsrate. Durch eine integrierte Oberflächenbehandlung im Grünteilzustand wird die Oberflächenqualität gezielt verbessert und der Aufwand für nachgelagerte Bearbeitungsschritte deutlich reduziert. Darüber hinaus werden die Auswirkungen der Pulveralterung auf die Eigenschaften des Feedstocks systematisch untersucht. Ziel ist es, robuste Prozessparameter zu definieren und eine wirtschaftlich wie ökologisch tragfähige Gesamtlösung für die Serienfertigung zu schaffen.
Vorgehen
Motivation
Manuelle Nachbearbeitung hemmt Wirtschaftlichkeit des CMF-Verfahrens
Das ColdMetalFusion-(CMF)-Verfahren bietet als innovatives, pulverbasiertes Fertigungsverfahren ein großes Potenzial für die kostengünstige Herstellung komplexer Metallbauteile. Ein wesentliches Hemmnis für den industriellen Einsatz liegt jedoch in der anspruchsvollen Handhabung der sogenannten Grünteile: Diese weisen – verglichen mit dem Metallbauteil – eine geringe mechanische Stabilität auf, wodurch etablierte Entpulverungs- und Glättungsverfahren aus der Polymerverarbeitung nicht übertragbar sind. Aktuell ist daher eine manuelle Nachbearbeitung notwendig, was zu hohem personellem Aufwand, geringen Durchsatzraten und schlechter Reproduzierbarkeit führt. In der Folge ist die Wirtschaftlichkeit und Skalierbarkeit des Gesamtprozesses erheblich eingeschränkt. Um das volle Potenzial des CMF-Verfahrens auszuschöpfen, bedarf es einer systematischen und automatisierten Lösung zur Nachbearbeitung der Grünteile.
Lösungsansatz
Automatisierte Entpulverung und Glättung für CMF-Grünteile
Im Projekt AutoSmooth wird ein automatisiertes Nachbearbeitungsverfahren für ColdMetalFusion-Grünteile entwickelt, das die bislang manuell durchgeführten Prozessschritte des Entpulverns und Glättens in eine durchgängige, reproduzierbare Systemlösung überführt. Zentrales Ziel ist die Etablierung einer schonenden, mechanischen Oberflächenbearbeitung, die trotz der geringen Festigkeit der Grünteile eine zuverlässige Pulverentfernung bei gleichzeitig hoher Rückführungsrate ermöglicht. Ergänzend wird ein vertieftes Verständnis der Pulveralterung entlang der Prozesskette aufgebaut, insbesondere in Bezug auf die Wechselwirkungen zwischen Feedstock und Lasersystem. Die daraus abgeleiteten Erkenntnisse fließen in die gezielte Prozessoptimierung und in eine wirtschaftliche sowie ökobilanzielle Bewertung der gesamten CMF-Prozesskette ein. Damit leistet AutoSmooth einen entscheidenden Beitrag zur Automatisierung und Industrialisierung des CMF-Verfahrens.
Vorgehen
Automatisierung und Optimierung der Nachbearbeitungsprozesse des CMF-Verfahrens
- Entwicklung eines automatisierten Nachbearbeitungsprozesses
Konzeption und Umsetzung eines durchgängigen Verfahrens zur kombinierten Entpulverung und Glättung von CMF-Grünteilen mittels mechanischer Technologien, angepasst an deren hohe Empfindlichkeit. - Charakterisierung der Pulveralterung entlang der Prozesskette
Experimentelle Analyse physikalischer und chemischer Alterungsprozesse im Pulvermaterial unter Berücksichtigung zentraler Einflussgrößen wie Temperatur, Feuchtigkeit, Lagerdauer und thermische Belastung während des Fertigungsprozesses. - Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Feedstock und Laserprozess
Systematische Erfassung und Bewertung der Interaktionen zwischen Materialeigenschaften des Pulver-Feedstocks und den Prozessparametern des SLS-Prozesses, um deren Einfluss auf die Grünteilstabilität und die spätere Bauteilqualität gezielt zu steuern. - Ökobilanzielle und wirtschaftliche Bewertung des automatisierten Verfahrens
Durchführung einer vergleichenden Analyse hinsichtlich Energie- und Ressourceneinsatz, Wirtschaftlichkeit sowie Skalierbarkeit im Vergleich zu bisherigen manuellen Nachbearbeitungsschritten.
Mit AutoSmooth entsteht ein durchgängiger Ansatz für die automatisierte Nachbearbeitung von Grünteilen im CMF-Verfahren – mit dem Ziel, Prozesse effizienter, nachhaltiger und industrienaher zu gestalten.
Projektträger: Bay. Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie | Förderkennzeichen: MW-2112-0007
Partner: Rösler Oberflächentechnik GmbH, Headmade Materials GmbH