Welche sind die gängigsten Nachbearbeitungsverfahren für durch SLM hergestellte Edelstahlteile?
Spannungsarmglühen und Wärmebehandlung
Der kritischste und häufigste Nachbearbeitungsschritt für durch Selektives Laserschmelzen (SLM) hergestellte Edelstahlteile ist das Spannungsarmglühen oder die vollständige Wärmebehandlung. Die schnellen Aufheiz- und Abkühlzyklen des SLM-Prozesses erzeugen erhebliche Eigenspannungen, die zu Bauteilverzug oder reduzierter Ermüdungslebensdauer führen können. Ein kontrollierter Wärmebehandlungszyklus baut diese inneren Spannungen ab, stabilisiert das Gefüge und kann angepasst werden, um mechanische Eigenschaften zu optimieren, wie z.B. die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Legierungen wie 316L zu verbessern oder die Ausscheidungshärtung bei 17-4 PH zu fördern.
Stützstrukturentfernung und Oberflächenbearbeitung
Nach der Wärmebehandlung ist die Entfernung der Stützstrukturen zwingend erforderlich. Dies erfolgt typischerweise durch manuelles Abbrechen, Schneiden oder spanende Bearbeitung. Die ursprüngliche SLM-Oberfläche, gekennzeichnet durch teilweise aufgeschmolzene Pulverpartikel und Schichtlinien, ist für funktionale Anwendungen oft ungeeignet. Gängige Oberflächenbearbeitungstechniken umfassen:
Spanende Bearbeitung: CNC-Bearbeitung wird eingesetzt, um enge Toleranzen auf kritischen Funktionsflächen und Schnittstellen zu erreichen.
Abrasive Bearbeitung: Verfahren wie Schwingentgraten, Strahlen mit Glasperlen oder Stromfinish werden eingesetzt, um die Oberflächenrauheit (Ra) zu verringern, anhaftendes Pulver zu entfernen und die Ästhetik zu verbessern.
Fortgeschrittenes Polieren: Für Anwendungen, die ultra-glatte Oberflächen erfordern, wie in der Pharmazie- und Lebensmittelindustrie, können elektrochemisches Polieren oder manuelles Polieren angewendet werden.
Verdichtung und Integritätsverbesserung
Für Teile, die hohem Druck, zyklischer Belastung oder kritischen strukturellen Aufgaben ausgesetzt sind, ist Heißisostatisches Pressen (HIP) ein entscheidender Nachbearbeitungsprozess. HIP wendet hohe Temperatur und isostatischen Gasdruck auf das Bauteil an, wodurch effektiv innere mikroskopische Poren und Hohlräume geschlossen werden, die dem SLM-Prozess inhärent sind. Dies führt zu nahezu theoretischer Dichte, deutlich verbesserter Ermüdungsfestigkeit, Bruchzähigkeit und isotroperen mechanischen Eigenschaften, was für anspruchsvolle Sektoren wie die Luft- und Raumfahrt oder die Nuklearindustrie unerlässlich ist.
Endbehandlungen und Validierung
Die abschließenden Nachbearbeitungsschritte stellen die funktionale Einsatzbereitschaft und Konformität sicher. Für Edelstähle wird häufig Passivieren eingesetzt, um freie Eisenpartikel von der Oberfläche zu entfernen und die natürliche Chromoxidschicht zu verstärken, wodurch die maximale Korrosionsbeständigkeit wiederhergestellt wird. Abschließend werden umfassende Inspektionen und Materialprüfungen und Analysen durchgeführt. Dazu gehören Maßprüfungen, Eindringprüfungen auf Oberflächendefekte und mechanische Prüfungen, um zu validieren, dass das nachbearbeitete Teil alle spezifizierten Leistungskriterien für seinen vorgesehenen Einsatzzweck erfüllt.
