Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Zielsetzung dieses Projektes war es, mittels 3D-Scanner und 3D-Drucker f\u00fcr beliebige Bauteile eine spezi-fische Maskierung zu erstellen, die gew\u00fcnschte Stellen abdeckt, welche beim thermischen Spritzverfahren nicht beschichtet werden sollen.
\nDie Maskierungen sollen mehrfach verwendet werden k\u00f6nnen, wodurch die Umwelt erheblich entlastet und die Unternehmen zudem von deutlich schnelleren Bearbeitungszeiten profitieren. Bisher mussten alle Werkst\u00fccke aufwendig per Hand abgeklebt werden und die verschiedenen Prozessschritte durchgef\u00fchrt werden, w\u00e4hrend denen die Klebeb\u00e4nder nicht besch\u00e4digt werden durften. Au\u00dferdem ist es nicht mehr n\u00f6-tig, Klebereste mittels der aggressiven L\u00f6sungsmittel zu entfernen. Zus\u00e4tzlich soll durch die 3D-Scans m\u00f6gliche zielgerichtete R\u00fcckf\u00fchrung des Schichtauftrags Werkstoff eingespart werden. Dieser ist bei der Herstellung und Verarbeitung energieaufw\u00e4ndig und teuer. Nachdem der jeweilige Auftrag abgeschlossen und auch kein weiterer vorhersehbar ist, soll die entsprechende Maskierung recycelt werden k\u00f6nnen, um weitere Rohstoffe und Transportwege einzusparen. <\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer 3D-Scanner muss in der Lage sein, das Bauteil vollst\u00e4ndig zu erfassen und die Daten in eine 3D-Software zum virtuellen Modulieren von Oberfl\u00e4chen zu \u00fcbertragen. Aus den 3D-Daten des Scanners wird mittels einer CAD-Software dann die optimale ein- oder mehrteilige Maskierung generiert. Die entweder aus einem Bestand entnommen wird, oder durch einen 3D-Drucker angefertigt werden soll. Au\u00dferdem ist es durch die Erfassung und den Vergleich der Daten vor und nach der Beschichtung m\u00f6glich, eine exakte Aussage \u00fcber Verzug, Besch\u00e4digungen o.\u00e4. zu geben. Dies ist insbesondere bei der Bearbeitung von Re-paraturen erforderlich, um das Ersatzteil wieder voll funktionst\u00fcchtig zu machen und so eine energetisch und ressourcentechnisch aufw\u00e4ndige Neufertigung zu umgehen. Der Beschichtungsprozess wird bedarfs-gerecht ausgehend von der tats\u00e4chlich vorhandenen Topologie in Bezug auf die gew\u00fcnschte Form hin an-gepasst. Zudem kann der Beschichtungsprozess so optimiert werden, dass nahezu kein Material zu viel aufgetragen wird, dass nach aktuellem Stand in einem weiteren Schritt wieder spanend abgetragen werden muss.
\nEs wurden weitere Druckmaterialien und -verfahren untersucht und getestet, die m\u00f6glichst umweltfreund-lich sind und trotzdem den Beschichtungsprozess gut \u00fcberstehen. Ziel war es, ein Druckmaterial zu finden, das es erlaubt die verwendeten Maskierungen, die nicht mehr gebraucht werden, vor Ort aufzubereiten und erneut als Druck-Filament zu verwenden. So kann eine enorme Menge an Material und M\u00fcll eingespart wer-den.
\nEs wurden exemplarische Beschichtungsverfahren und Bauteilgeometrien im Expertenteam bestimmt. Eine Bewertungsmatrix zur objektiven Evaluation der Maskierungen wurde erarbeitet. Zur Standardisie-rung des Scan-Prozesses wurde dieser mittels Beschleunigungssensorik am Scanner und Kamerasys-tem aufgezeichnet. Anschlie\u00dfend wurden die 3D Oberfl\u00e4chendaten in passgenaue STL-Datens\u00e4tze f\u00fcr 3D-Drucker \u00fcbertragen und mehrere Muster in verschiedenen Materialien konstruiert. Weitere T\u00e4tigkeiten waren:
\n–\tSimulation, Fertigung und L\u00f6sungsans\u00e4tze durch Hochschule
\n–\tKonstruktion und Versuche, Auswertung
\n–\ttempor\u00e4res Scannen der Kontur zur Bewertung des Schichtaufbaus auf der Maskierung
\n–\tUntersuchung zur Tauglichkeit der Maskierung als Handlings Tool
\n–\tDauerfestigkeitspr\u00fcfung bei verschiedenen Materialien
\n–\tUntersuchung von umweltfreundlichen Druckmaterialien auf ihre Widerstandsf\u00e4higkeit.
\n–\tEntsprechende Proben aus dem Material drucken
\n–\tUntersuchung der biologischen Abbaubarkeit.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Entwicklung der Maskierungen wird durch etliche Versuche und Tests gest\u00fctzt. Durch einen standar-disierten Konstruktionsprozess, der die Vorteile zweier additiver Fertigungsverfahren verbindet, wird die optimale Maskierung realisiert. Durch die gummiartigen Maskierungsh\u00fcllen sind sehr pr\u00e4zise Trennkanten m\u00f6glich und die Maskierungen k\u00f6nnen durch die Flexibilit\u00e4t des Materials einfach aufgesteckt und am Beschichtungsbauteil eingehakt werden. Die Aufteilung der Maskierungsh\u00fcllen in mehrere Teile erleichtert die additive Fertigung dieser und erh\u00f6ht die Wirtschaftlichkeit. Lediglich Komponenten, die direkt vom Beschichtungsstrahl getroffen werden, m\u00fcssen \u00f6fter gewechselt werden. Die restlichen Maskierungs-komponenten k\u00f6nnen bis zu 50-Mal wiederverwendet werden. Der neue Maskierungsvorgang ben\u00f6tigt in der Montage nur wenige Sekunden. Dem gegen\u00fcber steht in der \u00f6konomischen Betrachtung die h\u00e4ndi-sche Maskierung mit Klebeband, das Kantenfeilen und die Reinigung der Beschichtungsbauteile. Alles in allem kann jedoch eine sehr positive wirtschaftliche Prognose gegeben werden. Die serientauglichen Maskierungen sind nach 19 bzw. 15 thermischen Beschichtungen wirtschaftlicher als die Maskierung mit Klebeband. Dar\u00fcber hinaus fallen Fixkosten in Form von 3D-Scan und Konstruktion nur einmalig pro Be-schichtungsbauteil an. Bei wiederkehrenden Bauteilen ist dies ein gro\u00dfer Vorteil.
\nDie \u00f6kologische Betrachtung stellt die Grenzen des Prozesses dar. Bei allen der getesteten Materialien hat sich lediglich eines als tauglich herausgestellt. Die Wandung muss ebenfalls eingehalten werden, um eine vern\u00fcnftige Standzeit zu erzielen. Dies verkleinert den Spielraum f\u00fcr eine \u00f6kologische Verbesserung durch den neuen Prozess. Vergleicht man die Maskierungsprozesse direkt, emittieren die additiv gefer-tigten Maskierungen mehr CO2 als die Maskierung mit Klebeband. Dennoch ist das M\u00fcllaufkommen mit den additiv gefertigten Maskierungen aufgrund der Wiederverwertung deutlich geringer. Die Hartschalen k\u00f6nnen sogar bis zu zweimal recycelt und zu neuem Filament verarbeitet werden. Weitere Grenzen des Prozesses k\u00f6nnen sehr gro\u00dfe Bauteile darstellen. Aktuelle 3D-Drucker sind begrenzt in ihrem Bauraum. Insbesondere die MSLA-Drucker, sind meist nur in begrenztem Bauraum verf\u00fcgbar. Bei gr\u00f6\u00dferen Bauteilen muss die Maskierung folglich in mehrere Teile geteilt werden. Dies ist prinzipiell m\u00f6glich, jedoch birgt dies einen erh\u00f6hten Konstruktionsaufwand. Der Druck im MSLA-Verfahren, sollte eine Maximalgr\u00f6\u00dfe nicht \u00fcber-schreiten, da sonst unvorhersehbare Fehler in der gefertigten Maskierungsh\u00fclle auftreten k\u00f6nnen. Im Forschungsprojekt wurde mit einem recht simplen und preiswerten MSLA-Drucker geforscht. Robustere Ger\u00e4te k\u00f6nnten den Prozess stabiler gestalten. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u0095\tPr\u00e4sentation der aktuellen Ergebnisse durch Masterrand am 20.07.2022 zum Themenbereich
\nAdvanced Materials and Manufacturing an der Hochschule Aalen <\/p>\n
\u0095\tGewinn der deutschen 3D-Druck Challenge 2022 mit dem Projekt \u00843D-Beschichtung\u0093 (Vorstellung der Maskierungen und bei der rhv-Technik entwickeltes Schichtsystem f\u00fcr gedruckte Kunststoffbautei-le). <\/p>\n
\u0095\tPr\u00e4sentation der aktuellen Ergebnisse durch Masterrand am 09.11. 2023 zum Themenbereich Ad-vanced Manufacturing an der Hochschule Aalen <\/p>\n
\u0095\tWiederverwendbare Abdeckungen aus dem \u00f6kologischen 3D Druck im \u0084limes\u0093 Das Magazin der Hochschule Aalen 01\/2022 <\/p>\n
\u0095\tEntwicklung additiv gefertigter Maskierungen f\u00fcr einen umweltfreundlichen Beschichtungsprozess in Schwei\u00dfen und Schneiden 6\/2023 <\/p>\n
\u0095\tEntwicklung additiv gefertigten Maskierungen im Journal f\u00fcr Oberfl\u00e4chentechnik (Springer Nature) Ausgabe November 2023 <\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Benutzung additiv gefertigter Maskierungen bietet zusammenfassend gro\u00dfe Chancen, die auch weit \u00fcber den Anwendungsfall des thermischen Beschichtens hinausragen. Die Anwendung in Strahl- oder Lackierbetrieben ist durch den Entfall des Hitzeeinflusses uneingeschr\u00e4nkt denkbar. Gr\u00f6\u00dfter Vorteil des Verfahrens ist allerdings die \u00e4u\u00dferst pr\u00e4zise Kante nach dem Beschichten. Trennungen von Beschich-tungsbereichen und nicht zu beschichtenden Bereichen auf einer Fl\u00e4che ohne direkte Kante, k\u00f6nnen oh-ne Messen und Markieren schnell und pr\u00e4zise maskiert werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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