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Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Experten der TU Chemnitz zeigt hier, wie sich Metallbauteile effizienter polieren lassen.
Ein internationales Forscherteam hat ein neuartiges Verfahren zum sogenannten lokalen Polieren entwickelt. Damit lassen sich verschiedene Metalloberflächen ebenso effektiv und ressourcenschonend bearbeiten wie mit dem bekannten Plasma-Elektrolyt-Polieren (PEP) – jedoch ohne den bisherigen Maskierungsaufwand für die zu polierenden Stellen. Möglich wird dies nun durch das Jet-basierte Plasma-Elektrolyt-Polierverfahren (Jet-PEP), das einen fein einstellbaren und räumlich begrenzten elektrolytischen Freistrahl verwendet. Ziel des Projektes war es, das Tauchverfahren auf das Jet-PEP-Polierverfahren zu übertragen, um die Abhängigkeit der elektrischen Leistung von der Größe der Bauteiloberfläche zu vermeiden und so das lokale Polieren ausgewählter Oberflächenbereiche zu ermöglichen. Dazu wurde ein Laborsystem entwickelt, für das eine lineare, dreiachsige Kinematik aufgebaut wurde, um die Bewegung der Elektrolytdüse zu ermöglichen. Die Ergebnisse wurden in einem Bericht mit dem Titel "Lokale Oberflächen-Nanoskalenmodifikation durch Jet-Plasma-Elektrolytisches Polieren" veröffentlicht.
Mit Hilfe eines geschlossenen elektrolytischen Freistrahls konnte eine seitliche Begrenzung des Stromflusses erreicht werden, so dass der sogenannte polierte Bereich lokalisiert werden kann. Das bedeutet, dass die angrenzenden Flächen nicht maskiert werden müssen. Die Herausforderung bei der Entwicklung des Polierprozesses bestand wie so oft darin, die Prozessbedingungen für ein erfolgreiches Polieren konstant zu halten. Dies wurde jedoch durch eine automatisierte Temperaturregelung des Elektrolyten und durch die Regelung des Volumenstroms erreicht. Dafür hat die Leukhardt Schaltanlagen Systemtechnik GmbH eine spezielle Prozessenergiequelle entwickelt.
Die experimentelle Auswertung des Jet-PEP-Verfahrens erfolgte mit Komponenten aus der Medizintechnik aus Edelstahl AISI 304. Ein materialspezifischer Elektrolyt wurde vom Beckmann Institut für Technologieentwicklung verwendet. V. erstellt und im Tauchverfahren getestet. Die Charakterisierung der Oberflächenrauheit und der chemischen Zusammensetzung der polierten Oberflächen erfolgte durch den Projektpartner Technion Research & Development Foundation Ltd.
Mit Hilfe des neuen Jet-PEP-Verfahrens ist nun erstmals ein lokal begrenztes Polieren ausgewählter Oberflächenbereiche mit einstellbaren Polierergebnissen möglich. Mans spart nicht nur die Maskierung, sondern auch zeitaufwendige Immersionsstrategien, erklärt Prof. Dr. Andreas Schubert von der Professur für Mikrofabrikationstechnik der TU Chemnitz, der als Projektleiter fungierte. Anwendungsgebiete sind beispielsweise Bauteile für die Medizintechnik sowie aus dem Werkzeug- und Formenbau. Auch die Schmuckbranche sollte aufpassen.
Das Plasmaelektrolytische Polieren (PEP) eignet sich besonders zum Polieren der Oberflächen metallischer Bauteile, da ein umweltfreundlicher Elektrolyt und ein geringer Materialabtrag eine ressourceneffiziente Bearbeitung mit hoher Maßhaltigkeit ermöglichen. PEP ist ein dem Elektropolieren ähnliches Tauchverfahren, bei dem Werkstücke durch teilweises oder vollständiges Eintauchen in ein Elektrolytbad unter Anlegen hoher Gleichspannungen von bis zu mehreren hundert Volt poliert werden. Die Größe der polierbaren Oberfläche hängt von der maximalen elektrischen Leistung der Prozessenergiequelle ab. Zudem ist das Polieren lokal begrenzter Bereiche mit unterschiedlichen Ergebnissen nur durch aufwendige Maskierungs- und Immersionsstrategien möglich. Diese Einschränkungen schränken die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens ein.
Auf deutscher Seite bestand das Projektkonsortium aus Forschern der Professur für Mikrofabrikationstechnik und von Leukhardt aus Magdeburg. Auf israelischer Seite sind die Technion Research & Development Foundation Ltd. als Forschungseinrichtung und Shimshon Fine Mechanics Ltd. als Industriepartner beteiligt. Ergänzt wurde das Projektkonsortium durch das Beckmann-Institut für Technologieentwicklung. V. als assoziierter Projektpartner.
Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms „Innovationen für Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ gefördert und vom Karlsruher Projektträger (PTKA) unterstützt.
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