Additive Fertigung und Trowalisieren – das ideale Team

Immer, wenn wir mit Mitarbeitern von Unternehmen sprechen, die additiv gefertigte Teile herstellen, kommen wir auf denselben Punkt: Die Additive Fertigung ist definitiv auf dem Weg in die Serienfertigung. Aber für viele Werkstücke muss der Produktionsprozess an sich noch weiter optimiert werden.

Deshalb sind viele meiner Gesprächspartner erleichtert, wenn sie erfahren, dass sie in Bezug auf die Oberflächenbearbeitung nicht noch zusätzliche Entwicklungsarbeit leisten müssen: Mit dem Trowalisieren erzielen sie auf Anhieb perfekte Oberflächen.

Bewährte Technik für ein innovatives Verfahren

Die additive Fertigung bietet Konstrukteuren eine bisher unerreichte Freiheit. Bedingt durch das Auftragen des Materials in Schichten entsteht jedoch ein „Staircasing-Effekt, außerdem weisen die so hergestellten Bauteile eine gewisse Oberflächenrauheit auf. Hinzu kommt, dass Markierungen von Stützstrukturen und angebackene Pulverreste entfernt werden müssen, bevor die Teile weiter bearbeitet oder verwendet werden. Deshalb müssen die meisten additiv hergestellten Teile feingeschliffen oder poliert werden.

Für topologieoptimierte Werkstücke mit komplexen – oft bionischen – Formen, die häufig auch schwer zugängliche Innenkonturen aufweisen, ist eine manuelle Bearbeitung von vornherein ausgeschlossen, speziell dann, wenn – zum Beispiel bei der Herstellung von sicherheitsrelevanten Komponenten für die Luft- und Raumfahrtindustrie – hohe Anforderungen an die Sicherheit und Reproduzierbarkeit der Prozesse gestellt werden. Das gilt umso mehr, weil die Stückzahlen beständig steigen und eine manuelle Bearbeitung äußerst unwirtschaftlich wäre.

Das Gleitschleifen hat sich als ideale Methode der Oberflächenbearbeitung additiv gefertigter Teile etabliert; beide Prozesse gehören fast schon zwingend zusammen: Die Schleifkörper, die die Bauteile umfließen, behandeln die Oberfläche schonend, gleichmäßig und reproduzierbar, außerdem erreichen sie auch das Innere der Bauteile und Hinterschneidungen.

Das einstufige Verfahren erleichtert und verkürzt die Arbeit im Vergleich mit anderen bereits deutlich. Noch weiter kann der Prozess optimiert werden, wenn die Oberflächenbehandlung bereits bei der Parametrierung der 3D-Druckmaschine berücksichtigt wird. Dies gilt zum Beispiel für die Einstellung der Schichtdicke sowie für die Fokussierung und Vorschubgeschwindigkeit des Lasers. Dabei unterstützen wir unsere Kunden gerne.

Wie gemacht für die additive Fertigung

Das Trowalisieren reduziert die verfahrensbedingte Rauheit Ra von typischerweise etwa 2 bis 80 µm auf Werte in einer Größenordnung von 0,025 µm … ein idealer Wert beispielsweise für Turbinenschaufeln, die mit minimalen Reibungsverlusten umströmt werden müssen. Bauteile mit hohen Anforderungen an Härte und Festigkeit profitieren durch die beim Gleitschleifen entstehende, gleichmäßige Verfestigung der Oberfläche. Und speziell bei bionischen Formen, die für additiv gefertigte Teile typisch sind, punktet das Gleitschleifen in besonders hohem Maße.

Auf Basis unserer seit Jahrzehnten bewährten Multivibratoren haben wir speziell für die Additive Fertigung die „AM Post Process Maschinen“ entwickelt. Sie verfügen über drei Unwuchtmotoren, deren Bewegung sich überlagern. Auf diese Weise entsteht eine homogene Oberfläche der Werkstücke, während die Kanten geschont werden. Die Werkstücke werden auf dem Boden des Arbeitsbehälters eingespannt, Schleifkörper und Verfahrensmittel werden eingefüllt; anschließend wird der Behälter durch Unwuchtmotoren in Vibration versetzt. Dabei gleiten die Schleifkörper um das Werkstück herum und glätten so die Oberfläche. Nach einer vorher empirisch ermittelten Zeit ist der Prozess beendet und die fertigen Werkstücke werden entnommen.

In kurzer Zeit zur perfekten Oberfläche

Im Gegensatz zu elektrochemischen Verfahren bearbeiten wir Glätte und Glanz der Oberfläche in einem einzigen Prozessschritt. Das Gleitschleifen bringt es auch mit sich, dass die Maschinen sehr kompakt sind und wenig Platz beanspruchen. Das Ergebnis: Wir vereinen optimale Oberflächenqualität mit kurzer Bearbeitungsdauer und hoher Wirtschaftlichkeit … sowohl bei der Investition als auch bei den Betriebskosten.

Walther Trowal GleitschleifenEin Blisk-Segment vor (links) und nach dem Trowalisieren.
Eine additiv gefertigte Düse vor (links) und nach dem Schleifen (Mitte) sowie nach dem Polieren.

Die für Werkstücke optimalen Prozessparameter ermitteln wir gemeinsam mit den Anwendern durch Tests in unserem Versuchszentrum in Haan. Dazu zählt die Auswahl der geeigneten Schleif- oder Polierkörper und der Behandlungsmittel.

Das Trowalisieren eignet sich für alle Materialien, aus denen additiv gefertigte Teile bestehen: aus hochfesten, schwer zerspanbaren Metallen wie Titan sowie aus Nickel-Basis- oder Kobalt-Chromlegierungen, außerdem aus Buntmetallen oder Kunststoffen … also aus Werkstoffen, mit deren Bearbeitung Walther Trowal jahrzehntelange Erfahrung hat.

Ein wichtiger Aspekt ist dabei, dass unsere Schleifkörper und Verfahrensmittel für viele Werkstoffe, sicherheitsrelevante Komponenten und Prozesse bereits zugelassen sind.

Maximilian Beienhttps://www.walther-trowal.de
Bachelor of Science - Vertriebsleiter für Gleitschleif- und Strahlanlagen

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