Entpulvern mit Ultraschall: Ein neues Tool in der Toolbox
Warum Entpulvern mit Ultraschall den Unterschied ausmachen kann und für welche Geometrien Ultraschall die richtige Anregungsform ist.
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MARKETING@SOLUKON.DEDIE GRUNDREGELN DER AUTOMATISIERTEN ENTPULVERUNG
Die automatisierte Entpulverung ist noch immer eine recht junge Disziplin der additiven Fertigung und dennoch: Seit Gründung von Solukon und der Vorstellung der weltweit ersten Entpulverungsanlage, der SFM-AT800-S, im Jahr 2015 haben sich einige erfolgreiche Prinzipen am Markt etabliert. Zu den wichtigsten zählen:
1. Entpulvern muss in einer geschützten Atmosphäre stattfinden
Nur mit einer dichten Prozesskammer sind Gesundheitsgefahren durch feinste Stäube und Explosionsgefahren unter Kontrolle. Für reaktive Materialien wird die Prozesskammer mit einem Schutzgas inertisiert.
2. Entpulvern muss reproduzierbar sein
Das bedeutet, für gleiche Bauteile das gleiche Reinigungsergebnis zu erzielen (= Wiederholgenauigkeit). Was sich wie ein No-Brainer anhört, ist in Wirklichkeit ein Grundsatz, der nur mit automatisierter Entpulverung mit Solukon wirklich eingehalten werden kann.
3. Das beste Reinigungsergebnis ergibt sich durch die Kombination aus Rotation und Schwingungsanregung
(Endlose) Rotation um zwei Achsen und gezielte Schwingungsanregung machen das anhaftende Pulver in innenliegenden Kanälen fließfähig. In den Solukon Entpulverungssystemen lässt sich die Anregungsintensität des Rüttlers einstellen. Wie sich die pneumatisch erzeugten Schwingungsanregungen am Bauteil konkret verhalten, ist allerdings sehr individuell und von der Geometrie des Bauteils abhängig. Wichtig ist das Ergebnis: Das Pulver verhält sich wie eine Flüssigkeit und läuft aus innenliegenden Kanälen aus. Pulververklumpungen löst ein Hochfrequenzklopfer, der bei Bedarf zusätzlich eingesetzt werden kann.
Die Kombination aus pneumatischem Rüttler (= Vibrator) und Klopfer zur Schwingungsanregung wäre bis vor einiger Zeit auch auf dieser Liste der Grundsätze für das Entpuvern gestanden. Denn pneumatische Vibratoren sind zuverlässig, günstig und sehr effektiv. Allerdings verbrauchen sie sehr viel Druckluft und sind schlecht regelbar, was bei filigranen Teilen zu Problemen führen kann, weil sie unter bestimmten Bedingungen aufschwingen.
SFM-AT350-E mit Ultraschallanregung
Mit der Vorstellung der E-Version des Entpulverungssystems SFM-AT350 hat Solukon deshalb die Toolbox der Anregungen erweitert und ein System mit Ultraschallanregung auf den Markt gebracht. Die SFM-AT350-E entpulvert Bauteile bis 400 x 400 x 400 mm und 100 kg voll automatisiert mit programmierbarer 2-Achs-Rotation und Frequenzanregung im Ultraschallbereich.
Was kann die Ultraschallanregung und was sind die zentralen Vorteile?
In der SFM-AT350-E wird das Bauteil in Ultraschallfrequenz piezoelektrisch angeregt. Dabei setzt die Anregung unmittelbar am Drehteller des automatisierten Entpulverungssytems an, sodass das Bauteil mühelos und präzise in eine optimale Schwingungslage versetzt werden kann. Das Besondere dabei: Anstatt eine feste Frequenz zu verwenden, wird die Frequenz kontinuierlich und schnell in einem bestimmten Bereich abgefahren, in dem besonders effektiv gereinigt werden kann. Durch dieses „Sweepen“ wird eine besonders zuverlässige Reinigung durch die Nutzung definierter Frequenzen im Ultraschallbereich gewährleistet.
Die ultrahohen Frequenzen der elektrischen Anregung liegen dabei deutlich über der schädlichen Eigenfrequenz des Bauteils. Das verhindert ein Aufschwingen der Bauteile und damit Beschädigungen am Bauteil. Automatisiertes Entpulvern mit Ultraschall ist also eine besonders schonende Reinigungsform.
Zudem ist die Ultraschallanregung geräuschlos. Damit kann die SFM-AT350-E auch außerhalb lauter und hochausgelasteter Fertigungsumgebungen laufen.
Wann ist Entpulvern mit Ultraschall die richtige Anregungsform?
Wie bei vielen Fragen der Entpulverung hängt die Entscheidung, ob die pneumatische oder die Ultraschall-Anregung die richtige ist, vom Anwendungsfall und der Geometrie des Bauteils ab. Gute Reinigungsergebnisse erzielen beide Varianten. Gerade bei Bauteilen mit sehr filigranen Strukturen oder auch filigranen Stützstrukturen ist Entpulvern mit Ultraschall i.d.R. die richtige Wahl, weil das o.g. Aufschwingen hier nicht auftritt und somit Bauteilbeschädigungen durch die Frequenz ausgeschlossen sind. Auch sehr kleine Strukturen im Bauteil (ca. < 0,5 mm im Durchmesser) reagieren sehr gut auf die ultrahochfrequente Anregung.
Zudem kann Pulver in engen und langen Kanälen bei falscher Anregung verstopfen. Die Ultraschallanregung kann solche Kanäle zuverlässig reinigen und evtl. auftretende Verstopfungen wieder lösen. Der folgende Vergleichsversuch eines Solukon-Kunden verdeutlicht die Vorteile der Ultraschall-Technologie bei engen und langen Kanälen:
Welche konkreten Anwedungsfälle gibt es?
Swissm4m: Entpulvern von medizinischen Bauteilen
Die SFM-AT350-E hat sich vor allem für die Medizintechnik als ideales System herauskristallisiert. Typische Anwendungen sind hier Hüftpfannen, welche eine gitternetzartige Struktur an der Oberfläche aufweisen. Solche Hüftpfannen waren gemeinsam mit Wirbelsäuleneinsätzen und Dentalwerkzeugen Teil eines Baujobs des schweizerischen Swiss m4m Center, einem Technologietransferzentrum für die Medizin- und Dentalindustrie.
In nur 7,5 Minuten konnten die medizinischen Bauteile aus Edelstahl in der SFM-AT350-E mit Ultraschallanregung gereinigt werden.
The Exploration Company: Entpulvern einer Brennkammer eines Raketentriebwerks
In der Luft- und Raumfahrt, in der besonders hohe Anforderungen an die industrielle Entpulverung gestellt werden, konnte sich die Ultraschalltechnologie der SFM-AT350-E ebenfalls schon beweisen. Das international agierende Raumfahrtunternehmen „The Exploration Company“ vertraut für das Entpulvern von Raketenteilen auf die Ultraschallanregung mit der SFM-AT350-E von Solukon.
Diese ca. 15 kg schwere Brennkammer aus Inconel (IN718) ist in etwa 370 mm hoch und verfügt über ein hochkomplexes Inneres: Die verworrenen Kanäle sind bis zu 400 mm lang, der kleinste Durchmesser dieser Kanäle ist 1,5 mm.
Mit der SFM-AT350-E konnte das Team um Senior Additive Manufacturing Engineer Maxi Strixner das Bauteil komfortabel, schonend und geräuschlos reinigen. Für die gezielte Reinigung der Raketenbrennkammer ließ das Team ein eigens für das Bauteil geschriebenes Reinigungsprogramm ablaufen. Nach 30 Minuten war das Bauteil erfolgreich gereinigt.
Für die Exploration Company sind vor allem die geräuschlose Reinigung und die zuverlässige Reinigungsqualität ausschlaggebend, warum sie sich für die SFM-AT350-E von Solukon entschieden haben:
„Das Ultraschall-Entpulversystem von Solukon hat unsere kleine Fertigungsumgebung echt nach vorn gebracht. Weil die Anlage so leise ist, können wir sie direkt neben unserem Arbeitsplatz laufen lassen, ohne dass es stört – das ist ein riesiger Vorteil. Wenn man ein Programm nutzt, spart man sich viel manuelle Arbeit, und die Ergebnisse sind immer sauber und zuverlässig. Unterm Strich spart das richtig Zeit und Geld – die Investition hat sich definitiv gelohnt“, sagt Boris Schaff, Additive Manufacturing Engineer bei The Exploration Company.
Ultraschalltechnologie als neues Tool in der Toolbox der Entpulverung
Wie die Beispiele zeigen, hat sich die Ultraschalltechnologie der SFM-AT350-E am Markt bereits bewährt. Und dennoch: die E-Version ersetzt die Standard-Entpulverungstechnologie der SFM-AT350 mit pneumatischer Anregung keinesfalls. Ultraschallanregung ist eher ein zusätzliches Tool in der Toolbox der automatisierten Entpulverung.