Oberflächen in einem Schritt optimieren
Einen neuen bahnbrechenden Ansatz verfolgt Viktor Glushych, Gruppenleiter Beschichtung LMD und Wärmebehandlung am Fraunhofer ILT für das Extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA). Das Verfahren beschichtet schnell und ressourcenschonend, doch in den meisten Fällen ist eine spanende Nacharbeit erforderlich. »Simultaneous Coating and Roller Burnishing« (SCaRB) koppelt EHLA mit Rollieren in einem Prozessschritt. Während die aufgetragene Schicht noch warm ist, läuft ein Rollenwerkzeug über die entstandene Oberfläche, verdichtet sie plastisch und glättet Rauheitsspitzen. So entsteht eine dichte, druckeigenspannungshaltige Randschicht mit hoher Oberflächengüte ohne Abtrag und ohne zusätzliches Rüsten.
»Das spart Zeit, Werkzeuge und Material«, erläutert Glushych die Vorteile. »Gleichzeitig kann SCaRB Gefüge und Eigenspannungen gezielt beeinflussen. Das verbessert die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit und erhöht die Ermüdungsfestigkeit beschichteter Bauteile.« Auf der Formnext zeigt das Fraunhofer ILT dazu einen EHLA-Rollieren-Demonstrator, der die kombinierte Prozessführung live nachvollziehbar macht.
PFAS-freie Multi-Material-Beschichtungen
Neben reinen Metallschichten können auch Mehrlagenschichten aus artungleichen Materialien aufgebracht werden. Hier wird das EHLA-Verfahren für Metallschichten mit der Applikation einer PEEK-Schicht für die Herstellung von funktionalen Verbundschichten kombiniert. PEEK ist ein fluorfreies Hochleistungspolymer und eine attraktive Alternative zu PFAS-Beschichtungen. »Die Neuheit besteht in Nutzung der Restwärme aus dem EHLA-Prozess, um im unmittelbar anschließenden Schritt eine deponierte PEEK-Schicht aufzuschmelzen. Dafür wird eine am Fraunhofer ILT entwickelte Düsentechnologie verwendet, die eine homogene Applikation ermöglicht. Dieses hybride Schichtsystem vereinigt die Eigenschaften von zwei individuell einstellbaren Funktionsschichten«, erklärt Rebar Hama-Saleh Abdullah, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ILT.
Die metallische EHLA-Schicht kann als Korrosionsschutzschicht (z. B. in Kolben), als Notlaufschicht (z. B. in Windkraftanlagen) oder als wärmeleitfähige Zwischenschicht eingesetzt werden. Die darauf applizierte PEEK-Schicht dient je nach Beimengung von Additiven als Anti-Haft-Schicht, Gleitschicht oder als zusätzlicher Korrosionsschutz. »Die Haftfestigkeit zwischen Metall und Polymer wird dabei durch ein Verklammern des Kunststoffs mit der im EHLA-Verfahren gezielt eingebrachten, rauen Oberfläche erreicht«, so Dr. Christian Vedder, Abteilungsleiter Oberflächentechnik und Formabtrag am Fraunhofer ILT.
Gedruckte Sensoren, intelligente Bauteile
Bei der Additiven Fertigung entstehen Bauteile Schicht für Schicht. So werden Bereiche zugänglich, die von außen nicht erreichbar sind. Darauf baut der Ansatz auf, Sensoren direkt in Metallteile einzubringen, etwa gedruckte Dehnungsmessstreifen in LPBF-Bauteile. Die Sensorlagen entstehen per Inkjet, Aerosol-Jet oder Tampondruck; sie lassen sich während oder nach dem Aufbau aufbringen und passgenau platzieren. Die so gefertigten smarten Bauteile liefern beispielsweise Echtzeit-Daten zu Last, Verformung oder beginnender Rissbildung.
»Diese Sensoren liegen genau dort, wo Daten am meisten nützen, auch in Zonen, die mit konventioneller Fertigung unzugänglich wären«, bringt es Dr. Samuel Moritz Fink, Gruppenleiter Dünnschichtverfahren am Fraunhofer ILT, auf den Punkt. »Das ermöglicht Zustandsüberwachung im Einsatz, vorausschauende Wartung und mehr Betriebssicherheit. Gleichzeitig sinkt die Systemkomplexität, weil separate Aufbauten, Kabel oder externe Messstellen entfallen können. Zielbranchen reichen von Luft- und Raumfahrt über Energie bis zum Maschinenbau.«
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
