Neue Maßstäbe in der maßgeschneiderten Endbearbeitung von Metalloberflächen

Oberflächen 08. 02. 2022
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Optimierte Polierergebnisse an präzisen oder komplexen Metallbauteilen durch selektives Plasmapolieren mit einem robotergeführten Elektrolytstrahl – und zwar in einem Bruchteil der regulären Zeit. Dies verspricht der neubegründete EXIST Forschungstransfer JETPEP an der TU Bergakademie Freiberg.

Mit JETPEP erzeugen wir selbst auf rauen und verunreinigten Bauteilen innerhalb kürzester Zeit spiegelglatte und hochglänzende Oberflächen – und zwar ganz gezielt dort, wo es der Anwendungsfall wirklich erfordert, erklärt Vincent Stepputat. Der studierte Fahrzeugbauer und Alumnus der TU Freiberg leitet das Ausgründungsprojekt. Gemeinsam mit Jan Justus Brenger, Michael Penzel und Sam Schröder wird er innerhalb dieses Jahres in enger Zusammenarbeit mit interessierten Pilotkunden eine Prototypanlage im Industriemaßstab aufbauen, und JETPEP zur marktreifen Poliertechnologie entwickeln.

Die hohen Anforderungen an moderne, technische Bauteile führen dazu, dass nach dem formgebenden Fertigungsverfahren meist eine Endbearbeitung der Oberfläche nötig ist – regelmäßig aber nicht auf der gesamten Außenhaut, sondern nur an den entscheidenden Funktionsflächen. ­Klassische Verfahren sind hier auf simple Geometrien oder geringe Größen beschränkt. Nicht nur im Bereich der additiven Fertigung sehen wir aber seit Jahren einen deutlichen Trend zu großen und funktionsintegrierten Bauteilen. Zudem werde der Zwang, immer das gesamte Werkstück zu bearbeiten, wenn auch ein Bruchteil des Aufwands ausreichend wäre, zunehmend in der Industrie kritisiert, weiß Vincent Stepputat. Die Folge: Immer öfter sei kein automatisierbares Verfahren für die Endbearbeitung geeignet, und es müsse auf archaische Mittel zurückgegriffen werden. Das Polieren, Entgraten und Reinigen in langwieriger Handarbeit sei teuer, fehleranfällig und eine erhebliche Belastung für Mitarbeitende und Umwelt, so Stepputat.

Selektives ­Plasmapolieren auch für große Bauteile

Das Plasmapolieren verspricht hier mit Bearbeitungszeiten im Sekundenbereich Abhilfe, stößt jedoch schnell an seine geometrischen Grenzen. Beim Plasmapolieren sind nach Aussage von Michael Penzel mit steigender Bauteiloberfläche immer höhere Stromstärken notwendig, die es für große Werkstücke schnell unwirtschaftlich machten. Das habe bisher eine entscheidende Schranke für das Verfahren dargestellt. Diese Grenze durchbricht jetzt JETPEP: Unter Anwendung umweltfreundlicher Salzlösungen als Elektrolyte wird das Bauteil in einem Prozessschritt gereinigt, geglättet, sterilisiert und entgratet – ohne vorheriges Entfetten. Anwendbar auf theoretisch beliebig große Werkstücke und nahezu alle industriell relevanten Legierungen, sorgt ein Roboter für die notwendige Automatisierung. Durch den niedrigen Druck des Strahls und eine schützende Gashülle ist JETPEP frei von thermischer und mechanischer Belastung, sodass selbst filigrane Formen erhalten bleiben. Damit überwinde es eine bisher entscheidende Grenze des Plasmapolierens, und eröffne dessen Vorteile auch für große Bauteile und eine kontinuierliche Bearbeitung, so Penzel weiter. Unser modulares Anlagensystem sichert die schnelle Anpassbarkeit an unterschiedliche Anwendungsszenarien – von der vollautomatisierten Fertigungsstraße bis zur Desktopanlage für beispielsweise Goldschmiede.

Dabei gehört die Kerntechnologie, das Plasmapolieren, zu den Forschungsschwerpunkten des Lehrstuhls für Additive Fertigung von Prof. Henning Zeidler an der TU Freiberg, der JETPEP als wissenschaftlicher Mentor unterstützt. JETPEP ist seinen Worten ein großer Schritt nach vorn, für den es nicht nur in der Endbearbeitung von additiv gefertigten Metallbauteilen dringenden Bedarf gebe. Die Vorversuche seien sehr vielversprechend, und hätten breites Interesse geweckt. Jetzt muss die Technologie in die Industriereife überführt werden, sagt Prof. Henning Zeidler. Insbesondere das automatisierte Polieren von Schweißnähten, die Herstellung hochglatter und funktionaler Oberflächen in den Bereichen Medical, Aerospace und Automotive, das hocheffiziente Entgraten nach der mechanischen oder laserbasierten Bearbeitung sowie das Polieren, Reinigen und Sterilisieren im Bau von chemie- und lebensmitteltechnischen Anlagen präsentieren sich als vielversprechende Anwendungsfelder.

EXIST-Forschungstransfer setzt neue Maßstäbe

Für Prof. Henning Zeidler ist JETPEP nicht die erste erfolgreiche EXIST-Ausgründung. Bereits für ein innovatives 3D-Druckverfahren für Kupferspulen, das die Fertigung von Elektromotoren revolutioniert, gelang mit dem Unternehmen Additive Drives ein erfolgreicher und mit dem Sächsischen Gründerpreis prämierter Technologietransfer.

Gefördert wird das Gründerteam von JETPEP mit rund 1 Million Euro durch einen EXIST-
Forschungstransfer Phase 1 des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) am Lehrstuhl von Prof. Zeidler. ­Dieses Programm wurde explizit für herausragende forschungsbasierte Gründungsideen entwickelt. Nach einem mehrstufigen Bewerbungsverfahren mit abschließendem Pitch vor der Expertenjury in Berlin ermöglicht es dem Gründerteam, JETPEP bis zur Marktreife zu entwickeln und in Zusammenarbeit mit Pilotkunden als nächste Generation der selektiven Oberflächentechnik zu etablieren.

Kontakt:

Vincent Stepputat,
E-Mail: vincent.stepputat@imkf.tu-freiberg.de

Text zum Titelbild: Ein plasmapoliertes Bauteil (Foto: Sam Schröder)

 

Das Projektteam JETPEP (v.l.n.r.): Sam Schröder, Michael Penzel, Vincent Stepputat, Jan Justus Brenger (Foto/Archiv: Sam Schröder)

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