Oberflächen und Beschichtung additiv gefertigter Polymerteile

Generative Fertigung (GF) erlaubt die Herstellung von Prototypen komplexer Kunststoff- und Metallprodukte in kurzer Zeit. Mehr und mehr werden diese Verfahren auch zur Herstellung von Kleinserien eingesetzt. Die industrielle, über Prototypen hinausgehende Anwendung stellt neue Anforderungen an die Qualität der so gefertigten Produkte. Die Oberflächenqualität ist ein Problemschwerpunkt, der bei einer ganzen Reihen von GF-Verfahren auftritt. Eine manuelle Nachbearbeitung ist in vielen Fällen gegenwärtig nicht zu vermeiden. Der Entwicklung von Verfahren, die es gestatten die manuellen Bearbeitungsschritte zu vermeiden, wird daher große Bedeutung beigemessen. Die Oberflächentechnik kann mit den vielen in der Vergangenheit entwickelten Techniken dazu beitragen, Probleme bei der generativen Herstellung von Produkten zu beheben. Darüber hinaus bieten oberflächentechnische Verfahren die Möglichkeit, den Produkten zusätzliche Eigenschaften zu verleihen. Beispielsweise kann eine Beschichtung, die die Rauigkeit vermindert, auch die Kratzfestigkeit verbessern oder antimikrobielle Eigenschaften mitbringen. Im Beitrag werden wir anhand von Beispielen (lasergesintertes Polyamid, per fused deposition modelling verarbeitetes Polycarbonat, stereolithographisch verarbeitetes Polyacrylat) einige Besonderheiten der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Oberflächen generativ gefertigter Produkte darstellen. Diese beeinflussen die Beschichtungseigenschaften maßgeblich. Dann werden oberflächentechnische Verfahren erörtert, die dazu beitragen können, die Oberflächenrauigkeit generativ gefertigter Kunststoffprodukte zu verbessern und die Porosität zu vermindern oder gar zu beseitigen. Aufgrund der Dimensionen der Rauigkeiten sind recht dicke Schichten nötig, was für einen Lackauftrag spricht. Für eine gute Lackhaftung ist möglicherweise eine Aktivierung erforderlich. Ein großer Vorteil generativer Fertigungsverfahren besteht in der Möglichkeit, komplexe Formen zu realisieren. Löcher, Gräben, Hinterschneidungen, also Strukturen, die am fertigen Produkt nicht mehr direkt zugänglich sind, stellen eine Herausforderung für die Behandlung der Oberflächen dar. Basierend auf Erfahrungen aus früheren Arbeiten untersuchten wir das Durchdringungsvermögen von Aktivierungsagenzien. Als Modellmaterialien wurden zunächst Formkörper aus gesintertem Polyethylenpulver verwendet. Niederdruckplasma mit seiner guten Spaltgängigkeit bietet die Möglichkeit, auch Produkte mit komplexer Geometrie gut zu aktivieren. Wir werden mit der Darstellung einiger Ergebnisse das Potential von Plasmabehandlungen für die Aktivierung generativ gefertigter Produkte aufzeigen. Neben der kompletten Aktivierung der gesamten Produktoberfläche ist auch die lokal begrenzte Behandlung von Interesse. Mit geeigneten Techniken wird auch die Integration von Einrichtungen zur Oberflächenaktivierung in Maschinen für die generative Fertigung möglich. Diverse kommerziell verfügbare Plasmadüsen sind dafür verwendbar. Wir werden mit einigen Beispielen auf den Einsatz von Mikroflammen zur lokalen Aktivierung eingehen.