DE102019003380A1

DE102019003380A1 - Verfahren zur Glättung einer Oberfläche eines additiv gefertigten, elektrisch leitenden Bauteiles

Info

Publication number: DE102019003380A1
Application number: DE102019003380.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Bleckmann
Original assignee: Bundesministerium der Verteidigung
Current assignee: Bundesministerium der Verteidigung
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2020-11-19

Abstract

Das neue Verfahren soll die Oberfläche eines additiv gefertigten, elektrisch leitenden Bauteils an unzugänglichen Stellen und Zeit sparend glätten.Hierzu weist das Verfahren folgende Merkmale auf:a) das Verfahren verwendet einen Zuleiter (14), der an einem Ende an einer Hochfrequenz-Stromquelle (30) angeschlossen ist und der an einem anderen Ende einen Zuleiter-Anschluss (12) für das Bauteil (10) aufweist,b) das Verfahren verwendet ferner einen Rückleiter (13), der an einem Ende an der Hochfrequenz- Stromquelle (30) angeschlossen ist und der an einem anderen Ende einen Rückleiter-Anschluss (11) für das Bauteil (10) aufweist,c) die zu verwendende Hochfrequenz-Stromquelle (30) ist derart ausgebildet, dass ein Hochfrequenz-Strompuls abgebbar ist, der hinsichtlich einer Frequenz, einer Pulsdauer und einer Spannungshöhe einstellbar ist, derart, dass die Schritte des Verfahrens sind:d) Verbinden des Zuleiter-Anschlusses (12) und des Rückleiter-Anschlusses (11) an das Bauteil (10), derart, dass der Zuleiter-Anschluss (12) und der Rückleiter-Anschluss (11) voneinander beabstandet sind,e) Beaufschlagung des Bauteils (10) mit einem Hochfrequenz-Strompuls, derart,• dass die Frequenz des Hochfrequenz-Strompulses so gewählt wird, dass ein Skin-Effekt eintritt und• dass die Pulsdauer und die Spannungshöhe des Hochfrequenz-Strompulses so eingestellt ist, dass die Oberfläche des Bauteils (10) mindestens teilweise unter Glättung der Oberfläche aufschmilzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Glättung einer Oberfläche eines additiv gefertigten, elektrisch leitenden Bauteiles.
Additiv gefertigte, elektrisch leitende Bauteile weisen durch das Herstellungsverfahren im allgemeinen eine raue Oberfläche auf. Die Rauheit der Oberfläche stellt einen Nachteil von additiv gefertigten metallischen Bauteilen dar. Durch die raue Oberfläche wird die Ermüdungsfestigkeit verringert, da Unebenheiten als Rissinitiatoren dienen können. Ebenso stellt die raue Oberfläche bei anderen Anwendungen ein Problem dar. So kann die raue Oberfläche die Stromleitungseigenschaften bei hochfrequenten Wechselströmen verschlechtern. Dies wirkt sich insbesondere bei additiv hergestellten Hochfrequenzleitern und Antennen negativ auf deren Eigenschaften aus.
Zur Bearbeitung der Oberfläche von additiv gefertigten metallischen Bauteilen sind die spanende Nachbearbeitung und das chemische Polieren bekannt.
Die spanende Nachbearbeitung der Oberfläche ist nur an gut zugänglichen Stellen möglich. Darüber hinaus ist das Verfahren sehr aufwendig und damit sehr zeitintensiv.
Durch das chemische Polieren wird die Oberfläche des Bauteils abgetragen, wodurch es zu einer Materialreduktion kommt. Der Materialabtrag erfolgt dabei nicht homogen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Oberfläche eines additiv gefertigten, elektrisch leitenden Bauteils an unzugänglichen Stellen und Zeit sparend geglättet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 gelöst.
Die Vorteile der Erfindung werden nachfolgend beschrieben. Das Verfahren verwendet einen Zuleiter, der an einem Ende an einer Hochfrequenz-Stromquelle angeschlossen ist und der an einem anderen Ende einen Zuleiter-Anschluss für das Bauteil aufweist. Das Verfahren verwendet ferner einen Rückleiter, der an einem Ende an der Hochfrequenz- Stromquelle angeschlossen ist und der an einem anderen Ende einen Rückleiter-Anschluss für das Bauteil aufweist. Die zu verwendende Hochfrequenz-Stromquelle ist derart ausgebildet, dass ein Hochfrequenz-Strompuls abgebbar ist, der hinsichtlich einer Frequenz, einer Pulsdauer und einer Spannungshöhe einstellbar ist.
Die Stromquelle kann eine hochfrequente Wechselspannung auf das additiv gefertigte, elektrisch leitende Bauteil beaufschlagen, so dass in Abhängigkeit der Frequenz der Skin-Effekt eintritt. Durch einen hochfrequenten Wechselstrom steht überwiegend die Oberfläche des additiv gefertigten elektrisch leitenden Bauteils für den Ladungsträgertransport zur Verfügung. Die Frequenz ist dabei in Abhängigkeit von dem Material des additiv gefertigten Bauteils zu wählen, so dass der Skin-Effekt entsteht. Durch den hochfrequenten Wechselstrom erwärmt sich das additiv gefertigte, elektrisch leitende Bauteil. Aufgrund des Skin-Effekts wird überwiegend die Oberfläche des additiv gefertigten, elektrisch leitenden Bauteils erwärmt. Dabei muss die Stromstärke und Frequenz so gewählt werden, dass die Erwärmung der Oberfläche des Bauteils so stark ist, dass es zu einer Schmelzung des Materials an der Oberfläche des Bauteils kommt. Verstärkt wird der Effekt durch eine raue Oberfläche, welche den Widerstand erhöht und zu einer weiteren Erwärmung und Aufschmelzung der Oberfläche führt. Durch die Aufschmelzung der Oberfläche wird die Oberfläche des Bauteils geglättet. Eine glatte Oberfläche führt zu einer erhöhten Ermüdungsfestigkeit von additiv hergestellten Bauteilen. Das Verfahren ermöglicht die Oberflächenglättung auch an schwer zugänglichen Stellen, d.h. es muss bei der Konstruktion von additiv hergestellt Bauteilen keine Rücksicht mehr auf eine nachträgliche Bearbeitung der Oberfläche genommen werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung, findet die Aufschmelzung der Oberfläche des Bauteils mit einem hochfrequenten Strompuls unter einem Vakuum oder unter einem Schutzgas statt. Das Schutzgas bzw. das Vakuum verhindert eine Oxidation der Oberfläche.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Hierbei zeigen:

1 ein additiv gefertigtes elektrisch leitendes Bauteil mit einer rauen Oberfläche, in einer Vakuumkammer, angeschlossen an einer Hochfrequenz-Stromquelle.
2 das additiv gefertigte elektrisch leitende Bauteil mit einer geglätteten Oberfläche, noch in der Vakuumkammer und noch angeschlossen an einer Hochfrequenz-Stromquelle.

Die 1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Glättung der Oberfläche eines additiv gefertigten elektrisch leitenden Bauteils 10, welches sich in einer Vakuumkammer 20 befindet. Das additiv gefertigte elektrische Bauteil 10 weist einen Zuleiter-Anschluss 12 auf, welcher über einen Zuleiter 14 mit der Hochfrequenz-Stromquelle 30 verbunden ist. Das Bauteil weist ferner einen Rückleiter-Anschluss 11 auf, welcher über einen Rückleiter 13 mit der Hochfrequenz-Stromquelle 30 verbunden ist. Über die Hochfrequenz-Stromquelle 30 kann sowohl die Frequenz als auch die Stromstärke eingestellt werden, so dass es zu einer Aufschmelzung der Oberfläche des Bauteils 10 kommt und die Oberfläche geglättet wird. Das Vakuum verhindert eine Oxidation der Oberfläche. Eine verhindern der Oxidation wird ebenso durch die Verwendung eines Schutzgases erreicht.
Die Schritte des Verfahrens sind:

Zunächst erfolgt ein Verbinden des Zuleiter-Anschlusses 12 und des Rückleiter-Anschlusses 11 an das Bauteil 10 so, dass der Zuleiter-Anschluss 12 und der Rückleiter-Anschluss 11 voneinander beabstandet sind, so dass der Strom eine lange Wegstrecke durch das Bauteil zurücklegt und kein unmittelbarer Kurzschluss auftritt. Der Zuleiter-Anschluss 12 wird über einen Zuleiter 14 mit der Hochfrequenz-Stromquelle 30 verbunden. Ebenso wird der Rückleiter-Anschluss 11 über den Rückleiter 13 mit der Hochfrequenz-Stromquelle 30 verbunden. Dabei kann sich das Bauteil in einer Vakuumkammer 20 oder unter einem Schutzgas befinden. Die Beaufschlagung des Bauteils 10 mit einem Hochfrequenz-Strompuls erfolgt derart, dass die Frequenz des Hochfrequenz-Strompulses so gewählt wird, dass der Skin-Effekt eintritt, der bewirkt, dass die Ladungsträger, welche zum Stromtransport beitragen, nach außen verdrängt werden. Die Pulsdauer und die Spannungshöhe des Hochfrequenz-Strompulses werden so eingestellt, dass die Oberfläche des Bauteils 10 mindestens teilweise unter Glättung der Oberfläche aufschmilzt.

2 zeigt, dass das Bauteil 10 nach der Behandlung mit einem Hochfrequenz-Strompulses eine geglättete Oberfläche erhält.
Bezugszeichenliste

10: additiv gefertigtes elektrisch leitendes Bauteil
11: Rückleiter-Anschluss
12: Zuleiter-Anschluss
13: Rückleiter
14: Zuleiter
20: Vakuumkammer
30: Hochfrequente-Stromquelle

Claims

Verfahren zur Glättung einer Oberfläche eines additiv gefertigten, elektrisch leitenden Bauteiles (10), mit folgenden Merkmalen: a) das Verfahren verwendet einen Zuleiter (14), der an einem Ende an einer Hochfrequenz-Stromquelle (30) angeschlossen ist und der an einem anderen Ende einen Zuleiter-Anschluss (12) für das Bauteil (10) aufweist, b) das Verfahren verwendet ferner einen Rückleiter (13), der an einem Ende an der Hochfrequenz- Stromquelle (30) angeschlossen ist und der an einem anderen Ende einen Rückleiter-Anschluss (11) für das Bauteil (10) aufweist, c) die zu verwendende Hochfrequenz-Stromquelle (30) ist derart ausgebildet, dass ein Hochfrequenz-Strompuls abgebbar ist, der hinsichtlich einer Frequenz, einer Pulsdauer und einer Spannungshöhe einstellbar ist, derart, dass die Schritte des Verfahrens sind: d) Verbinden des Zuleiter-Anschlusses (12) und des Rückleiter-Anschlusses (11) an das Bauteil (10), derart, dass der Zuleiter-Anschluss (12) und der Rückleiter-Anschluss (11) voneinander beabstandet sind, e) Beaufschlagung des Bauteils (10) mit einem Hochfrequenz-Strompuls, derart, • dass die Frequenz des Hochfrequenz-Strompulses so gewählt wird, dass ein Skin-Effekt eintritt und • dass die Pulsdauer und die Spannungshöhe des Hochfrequenz-Strompulses so eingestellt ist, dass die Oberfläche des Bauteils (10) mindestens teilweise unter Glättung der Oberfläche aufschmilzt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Aufschmelzung der Oberfläche des Bauteils (10) mit einem hochfrequenten Strompuls unter einem Vakuum (20) oder unter einem Schutzgas stattfindet.