WO2017220633A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrolytischen polieren und verfahren zum herstellen einer kathode - Google Patents

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Patrick Matt
Fabio Augusto Wosniak
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Extrude Hone Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the electrolytic polishing of an inner side of a recess in a workpiece made of metal, in particular a recess in a workpiece produced by a generative manufacturing method. Furthermore, the invention relates to a method for producing a cathode.
  • Methods for the electrolytic machining of workpieces are known.
  • the workpiece is placed in an electrolyte bath and connected as an anode.
  • a cathode as a tool is positioned as close as possible to the workpiece, wherein the shape of the workpiece-facing top of the cathode should be as appropriate to the surface to be produced later on the workpiece.
  • the so-called working gap between the workpiece and the cathode should be small and uniform in order to make the dissolution of the material on the workpiece fast and uniform.
  • Such produced by a generative manufacturing process in particular three-dimensionally printed workpieces often have recesses that can not be mechanically finished, because the course of these recesses is not linear.
  • the cross-section of the recesses may also be so small that a mechanical polishing process can not be carried out, or at least not economically.
  • the object of the invention is therefore to eliminate these disadvantages.
  • the invention provides a method for the electrolytic, anodic polishing of an inner side of a recess in a workpiece made of metal, in particular in a workpiece produced by a generative manufacturing method, which is characterized by the following steps: A) immersing the workpiece in an electrolyte containing a salt, water and alcohol with a minimum weight fraction of 20 to 70%, in particular 40 to 70% per liter of electrolyte,
  • the idea on which the invention is based is to process a workpiece which is rough on the inside of a recess by electrolytic holistic polishing, the interaction between process parameters, electrolyte properties and tool design being matched to one another such that when a direct current is applied, a large, uniform supersaturated, forms viscous layer on the anode surface.
  • Viscosity is the determining factor to reduce the drift velocity of the ions
  • That the process temperature is kept relatively low, in particular at 7 - 15 ° C;
  • AW value water activity / relative humidity
  • the ion movement speed during operation is 0.1 to 5 m / sec. This is the opposite of what would actually provide for an internal machining of a recess for a surface treatment, because due to the already poor accessibility of the electrolyte and the cathode in or to the recess is an electrolyte that provides a high diffusion rate, on the first view suitable for large-scale machining to compensate for the aforementioned disadvantages.
  • the invention takes the opposite route.
  • the electrolyte allows larger gap widths to be realized, which in turn means that the cathodes must follow the course of the recess less precisely, because the gap width is at the same time a distance that influences the geometry tolerance of the cathode.
  • the slower diffusion rate and thus the slower machining provides some sort of leveling effect within the gap with respect to ablation peaks. This in turn means that this effect is used to work at much lower current density.
  • This balancing effect can be explained by the fact that the charge at the so-called "peaks" on the workpiece surface is stronger than on one flat surface, which is why ions are exchanged here first.
  • the preferred embodiment of the invention provides to use the method in a generative metal manufacturing process (additive manufacturing).
  • additive manufacturing include 3D printing processes including ALM, DMLS and SLM processes.
  • the idea is to make disadvantages of the additive manufacturing product an advantage for polishing.
  • the manufacturing process i. the printing process is as fast as possible, d. H. so-called large grain sizes are generated (eg in laser sintering).
  • these large grain sizes provide unacceptable surface textures and may be considered peaks.
  • the grains are polished extremely smoothly on the surface by the method according to the invention.
  • the electrolyte used in the invention has its advantages in that it preferably removes the projecting portions of the grains.
  • the alcohol used is preferably a polyhydric alcohol.
  • ammonium salt or alkali salt (here, for example, alkali sulfamate or sodium sulfamate) can be used.
  • the salt content is For example, at least 50 g / l of the electrolyte, in particular more than 150 g / l and less than 400 g / l.
  • glycol or other higher-viscosity media are used, which either have the ability to absorb salt directly or can form water-miscible monophase liquids.
  • the water content of the electrolyte can optionally be a maximum of 20%.
  • the temperature of the electrolyte during processing should preferably be in the range of 0 ° C and 30 ° C, more preferably in the range of 5 ° C to 20 ° C, preferably 7 ° C to 15 ° C.
  • the pH of the electrolyte should either be at most 6.8, in particular between 5.0 and 6.8.
  • the electrolyte should have a so-called conductance of 10 to 40 mS at 20 ° C.
  • the relative movement between the electrolyte and the workpiece can be done by moving the workpiece in the electrolyte or by moving the electrolyte, i. H. Pumping the electrolyte to create a flow along the surface of the workpiece.
  • electrolyte and workpiece can be set in motion.
  • the workpiece is preferably moved along a guide.
  • the workpiece is in particular made of metallic materials, e.g. Nickel or chromium alloys or light metals such as aluminum. These metals have been found to be preferred metals for the use of the method and device of the invention.
  • the cathode which may not touch the anode should be connected via an electrical line, in particular via a flexible cable, with a negative pole of a power source and inserted into the recess in the workpiece to edit the inside of the recess.
  • the Cathode is not a so-called false cathode, which sits in the vicinity of another, connected to the power source cathode and is coupled only via the electrolyte with this, but a directly connected to the power source cathode. About this can be the removal of a larger area of the cathode realize and not only, for example, at a tip of the cathode.
  • the cathode can be designed to be flexible and allow lateral bending in order to be able to polish non-linear recesses so that the cathode can follow the course of the recess.
  • At least one electrically insulating spacer can protrude laterally from the cathode, which is coupled to the cathode. This spacer prevents contact with the workpiece.
  • the spacer can also serve as a guide. That is, the invention provides that the spacer contacts the workpiece. Non-electrically isolated portions of the cathode then provide for the removal. Even when the cathode is flexible and is introduced, for example, into a curved, deep opening in a workpiece produced by a generative manufacturing process (eg 3D printing part), one or more spacers, despite the bend, can cause the cathode to follow the bending path , bends and yet no contact with the inside of the recess takes place.
  • a generative manufacturing process eg 3D printing part
  • a particularly advantageous variant of the cathode used provides to carry out this together with their spacers as a kind of round brush.
  • the insulating spacers are protruding filaments.
  • the cathode can be formed from one or more twisted wires, which clamp the filaments between them.
  • a further variant of the invention provides that the cathode is an elongated, in particular rotating body with a dietaryiförmigen on its outer side, electrolyte-carrying groove.
  • Such a cathode has, for example, a kind of drill bit form, wherein the chip flute serves to transport the electrolyte.
  • the groove goes up to a core, which is formed by the electrolyte.
  • the lateral boundaries of the groove can be completely defined by the insulation.
  • Such a design has several advantages. By turning the cathode lying on the groove base portions of the cathode are permanently located on other sections of the inner wall of the workpiece opposite to remove them evenly. This can be done a particularly uniform polishing. Further, a flow may be passed through the groove, or by rotating the cathode is transported as in a screw pump electrolyte. For blind holes, it would be possible, for. B. in the center of this cathode tool to provide an inlet or better a Abiaufbohrung, so that via the helical groove an inflow of electrolyte takes place and via the central opening a drain.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the outside of the workpiece is even polished simultaneously with the inside by applying the electrical voltage. This considerably reduces the processing time.
  • electrolyte can be pumped and flow past the workpiece and / or the workpiece is moved in the container receiving the electrolyte, in particular along a previously mentioned linear guide.
  • the at least one cathode may have a surface opposite the workpiece, which is profiled, that is neither flat nor circular cylindrical. This profiling can improve the removal process, especially if the profiling is similar to the later shape of the surface of the workpiece. In this context, it may be advantageous if the cathode has a side facing the workpiece, which has a constant gap to its side facing the workpiece before machining the workpiece.
  • either the constant gap may be present prior to machining the workpiece or the reference for determining the gap and the side of the cathode is the finished workpiece.
  • the hitherto customary extremely uniform gap between the surface of the workpiece and the opposite surface of the cathode is not necessary in the invention.
  • the gap may be uneven, thereby reducing the expense of fabricating the shape of the cathode.
  • the same cathode can also be used for similar surface shapes. Due to the process properties, a possible rough surface of the cathode is irrelevant to the surface quality of the workpiece to be achieved.
  • the cathode and / or a support structure which forms the anode is also produced or co-printed with the generative production method, that is to say the 3D printing, of the workpiece at the same time or with a time delay.
  • the generative production method that is to say the 3D printing
  • the support structure is separated from the workpiece after the electrolytic machining of the recess, preferably after the machining of the entire workpiece. This separation can be done mechanically or by erosion.
  • For generative production metal grains are used with a diameter of 20 to 60 ⁇ , from which the workpiece is assembled.
  • the workpiece in particular a plurality of workpieces, can sit on a support plate during electrolytic machining, which forms the anode.
  • This support plate may be, for example, previously mentioned support structure, which was produced generatively together with the workpiece.
  • a cathode for external machining of the workpiece ie for machining the workpiece outside the recess, is fastened to the support plate, for example via an electrically insulating mounting, in particular via a plug connection.
  • These cathodes or cathodes can also be manufactured generatively.
  • the cathode can be inserted into the recess and electrolyte can be pumped into the gap between the cathode and the opposite inner side of the workpiece.
  • an electrolyte line is provided, which leads to the recess and introduces electrolyte into it. This can also be done by a channel guide inside the cathode.
  • the movement of the cathode in the recess may be motor or manual.
  • a reciprocating movement of the cathode can be realized by the motor drive.
  • the invention furthermore relates, as already stated above, to a device for the electrolytic, anodic polishing of an inner side of a recess in a workpiece made of metal, in particular in a workpiece printed in three dimensions.
  • the device has a container filled with an electrolyte, wherein the electrolyte contains a salt, water and alcohol with a minimum weight fraction of 20 to 70%, preferably 40 to 70%, a holder for the workpiece, a relative to the recess movable cathode, on Its outer side sections having an electrical insulation and is connected by a cable to a power source, wherein a drive for generating a relative movement between the electrolyte in the opening and / or the cathode on the one hand and the workpiece on the other hand is present.
  • the invention also relates to a method for producing a cathode for the electrolytic machining of a workpiece, in particular a generatively produced workpiece.
  • the cathode has a side facing the workpiece to be machined and is particularly intended to carry out the method according to the invention.
  • the cathode can also be provided for external machining of the workpiece.
  • the outer geometry of the Cathode is determined at least in the region of the workpiece-facing side using a simulation program. In the simulation program, the electrical and / or magnetic fields present in the electrolytic processing are determined between the cathode to be produced and the workpiece.
  • the outer geometry of the cathode on the aforementioned side is determined in consideration of a constant current density between the side and the cathode.
  • the cathode is produced by a generative manufacturing process based on the determined outer geometry.
  • This method takes into account that in the subsequent electrolytic machining process in the region of the edges there is an increased charge density, which can be compensated by the adapted geometry of the cathode. In these areas, for example, a larger gap could be provided to the workpiece.
  • the device according to the invention is not limited to a deburring, but serves for polishing an inner side of a recess.
  • a flexible cathode is provided, which is provided in sections with an externally projecting electrical insulation as a spacer, in particular in the form of protruding bristles or a helical groove having a jacket surrounding a cathode forming the core.
  • the electrolyte used is the electrolyte previously used in connection with the process according to the invention.
  • the method according to the invention provides that it is used in products produced by generative production methods, for example 3D printed products, in which support structures are co-produced or co-printed, for example, for interior sections.
  • the inventive method and apparatus remove such support structures, which would otherwise be impossible with mechanical tool, since the accessibility is not given.
  • the apparatus and method of the present invention employ operating current ranges in the range of 10V to 40V, ideally 15V to 30V, and 0.0003A / mm 2 to 0.01A / mm 2, preferably 0.003A / mm 2 to 0.01 A / mm 2 .
  • the gap sizes are in the range of 1, 0 mm to 100 mm.
  • a pulse method is used which is effective against localized overheating, pitting, uneven metal dissolution, soot deposition, and flux lines.
  • the optimum pulse / pause ratio is 4: 1 to 1: 4, preferably 2: 1, and in particular depends on the material of the workpiece and the electrolyte. It has been found that a halogen content in the electrolyte improves its properties. The total amount of halogen will range from over 0 g to 100 g per liter of electrolyte.
  • a change holder for fixing the cathode which is equipped with a power and / or electrolyte connection and / or a drive for moving the cathode.
  • FIG. 1 shows a cross section through an inventive, schematically illustrated device for carrying out the inventive
  • FIGS. 2 to 4 show various embodiments of a cathode used in the device according to the invention and the method according to the invention, and FIGS
  • Figure 5 is a schematic side view of another embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 1 shows an apparatus for electrolytic, anodic polishing, which has a container 10 which is filled with an electrolyte 12.
  • a workpiece 14 is completely immersed in the electrolyte 12 via a holder 16 and can be moved back and forth along a linear guide 18 via a motor 20.
  • the workpiece has a recess, here in the form of an arcuately curved hole.
  • the recess is defined by an inner side 22.
  • the workpiece 14 is connected via a cable 24 to a power source 26 and acts as an anode.
  • One or more cathodes 28, 30 are also connected to the power source 26 by cable 32.
  • the cathodes 28 are provided for processing the outer surface of the workpiece and in the present case plate-shaped or profiled (see vertical cathode 30).
  • the shape of the cathodes 28 does not have to correspond to the desired or existing outer shape of the workpiece 14 in the region in which the cathodes 28 oppose the workpiece 14.
  • the cathode 30 is flexible and is preferably linear in the undeflected position (see FIGS. 2 to 4). When inserted into a nonlinear recess, however, it can adapt to this.
  • a plurality of electrically insulating spacers 34 are attached to the cathode 30.
  • these spacers 34 are filaments that are secured to the wire-like cathode 30 by clamping, as in a round brush.
  • block-like or cylindrical spacers 34 are attached to the flexible cathode 30, sprayed, glued or otherwise attached thereto.
  • the cathode 30 according to FIG. 4 is likewise laterally flexible and coated with anchors 34 in the form of an insulation, so that a kind of drill shape results.
  • the insulation has a helical shape, so that between the courses a helical, electrolyte-leading groove 36 results in the groove bottom, the cathode 30 is exposed.
  • the electrolyte contains per liter of electrolyte 50 g to 400 g of salt (preferably 150 g to 400 g), in particular an alkali salt, alcohol, especially polyhydric alcohol such as glycol or glycerol, with a maximum weight fraction of 20 to 70% per liter of electrolyte, and water as the remainder.
  • salt preferably 150 g to 400 g
  • alcohol especially polyhydric alcohol such as glycol or glycerol
  • halogens may also be present, in particular with a proportion of up to 100 g per liter of electrolyte.
  • the pH of the electrolyte is either a maximum of 6.8 or is in the range of 9 and 12.
  • the electrolyte is usually brought to a maximum temperature of 30 ° C for processing, in particular 15 ° C.
  • the process temperature is in particular in the range of 7 to 15 ° C.
  • the workpiece is preferably a three-dimensional printed workpiece made of metal with metal grains, which are connected to each other for example by laser sintering and have a diameter of 20 to 60 ⁇ . That is, the workpiece is on its outer surfaces as well as on the inside 22, slightly exaggerated, executed as an uncut styrofoam body, which consists of numerous beads.
  • the workpiece is pulled back and forth by the motor drive 20 through the electrolyte 12.
  • the cathodes 28 are moved along, because they are connected via dashed lines shown coupling elements with the holder 16.
  • the cathode 30 is inserted in advance in the recess.
  • the spacers 34 allow electrolyte 12 to flow past it to the workpiece side end of the recess.
  • axial grooves are provided on the outer circumferential surfaces of the spacers 34, for example, in the spacers 34 according to FIG.
  • a current for example, a pulsating current is applied at a voltage of 10 V to 40 V and a current of between 0.0003 A / mm 2 and 0.01 A / mm 2 .
  • the contact time of the current is dependent on the material of the workpiece and its initial roughness 30 s to 1200 sec.
  • the cathode 30 is first in brought a certain position and axially offset slightly after a certain exposure time. After the polishing has previously taken place during a first polishing step between the spacers 34, these spacers 34 are then displaced after adjustment in the previously polished areas, so that the preceding support areas are polished.
  • the movement of the cathode 30 can be done manually, but this is especially the case when the workpiece 14 is not moved by motor 12 in the electrolyte, but is stationary. Alternatively, a motor movement of the cathode 30 may be useful.
  • a quick change system in the change holder 38 allows the rapid insertion of new or other cathodes 30.
  • the changeover holder 38 may have a drive 39 for moving the cathode 30.
  • the changeover holder 38 is attached, for example, to the holder 16 and moves the cathode 30 gradually or slowly continuously in the recess.
  • the cathode 30 In the case of the cathode 30 according to FIG. 4, the latter is set in rotation, so that here too the processing of the complete inner side can take place and the spacer 34 only temporarily shields supporting regions on the inner side 22.
  • an electrolyte flow should take place.
  • This can be z. Example take place in that on the one hand, the cathode 30 is moved back and forth or is rotated (see Figure 4) or that a separate pump for electrolyte sits at the entrance of the recess.
  • the supply or the guiding of electrolyte in the recess can also take place through a hollow cathode 30.
  • the apparatus and method are used in particular for 3D printed parts for aircraft, for example engine parts, with cooling channels introduced during printing. It is also possible to remove support surfaces or support ribs, which were produced in 3D printing, by the aforementioned processing or to selectively introduce openings in normally inaccessible, inner ribs, so that flow channels form here.
  • the cathode 30 can also be printed in 3D printing, so that it can be printed e.g. only to be removed, thin support walls connected to the inside 22 and then exposed and only needs to be coupled with the cable 2. Furthermore, it is conceivable that the support walls are made of insulating material and therefore remain during polishing.
  • the cathode 28 may also be made by a generative process. For example, it is possible to manufacture the cathode 28 together with the workpiece 14. In the case of workpieces with edges, an increased charge density in the region of the edges is present during electrolytic machining.
  • the cathode 28 can be tailor-made for any desired external geometry of the workpiece. For this purpose, a 2D or 3D simulation program is used, in which the electrolytic processing is taken into account, ie later occurring electrical and / or magnetic fields are simulated in the later processing of the workpiece. As a prerequisite is also a constant current density between the facing sides of the cathode and the workpiece in the simulation program.
  • the cathode can be produced by a generative manufacturing method on the basis of the external geometry determined in the simulation program.
  • a cathode produced in this way is used in particular for the method explained above and subsequently.
  • the problem with electrolytic machining processes may be the connection of the anode, more precisely the anode contact, to the workpiece. This may indicate black spots after processing.
  • the anode can be produced together with the workpiece by a generative production method, for example laser sintering.
  • the anode in this case is a so-called support structure, for example a support plate, which is then connected to the power source. Black spots on this support structure are not disadvantageous because the support structure is removed after machining the workpiece, in particular by erosion.
  • Figure 5 shows a support plate 50 which was printed together with the workpiece 14 or, more generally, produced generatively. Although the support plate 50, the workpiece 40 are integral, only the support plate 50 is shown hatched for better distinctness of the two sections, whereas the workpiece 14 is drawn as a block. In reality, the two sections merge in one piece.
  • the support plate 50 need not necessarily be designed as a plate, it can generally have any shape and form a support structure.
  • a singular workpiece 14 is shown on the support plate.
  • the underside of the support plate 50 lies on the entire surface on a tool-side, multi-part holder.
  • the holder comprises an electrically insulating Base plate 52, are performed in the electrical, spring-loaded contact pins 54.
  • the contact pins 54 are connected to the power source 20 via lines.
  • a bearing plate 56 below the base plate 52 forms together with this holder.
  • FIG. 5 shows a plurality of cathodes 28 for external machining. These cathodes 28 are generated generatively at the same time or separately from the workpiece 14, in particular to ensure a uniform gap 58 or predetermined gap 58 between its side 14 facing the workpiece 14 and the workpiece 14.
  • the cathodes 28 may be mounted via electrically insulating bearings 62 in openings formed in the support plate 50, resulting in releasable connectors.
  • FIG. 5 also shows the recess to be machined in the workpiece 14 and the cathode 32 retracted therein.
  • the cathode 32 is mounted in an electrically insulating cathode receptacle 64, which in turn is attached to the holder 16.
  • Electrolyte from a second container 66 is pumped via a pump 68 on the one hand via a line 70 into the container 10 directly and also pumped via a line 72, a port 74 and a channel inside the cathode 32 into the recess directly. This results in a separate electrolyte line in the recess.
  • the ratio of water activity / relative humidity (so-called "AW value”) is set in the range of 25-70%, ideally between 27-50%.

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Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrolytischen Polieren von Innenseiten (22) einer Ausnehmung in einem Werkstück (14) aus Metall, insbesondere einem dreidimensional gedruckten Werkstück sieht vor, dass eine Kathode (30) in die Ausnehmung eingebracht wird und unter Verwendung eines eine langsame Diffusionsgeschwindigkeit aufweisenden Elektrolyts (12) die Innenseite der Ausnehmung poliert.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Polieren und Verfahren zum Herstellen einer Kathode
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrolytischen Polieren einer Innenseite einer Ausnehmung in einem Werkstück aus Metall, insbesondere einer Ausnehmung in einem durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellten Werkstück. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Kathode.
Verfahren zum elektrolytischen Bearbeiten von Werkstücken sind bekannt. Dabei wird das Werkstück in ein Elektrolytbad gegeben und als Anode angeschlossen. Eine Kathode als Werkzeug wird möglichst nahe an das Werkstück positioniert, wobei die Form der werkstückzugewandten Oberseite der Kathode möglichst der später herzustellenden Oberfläche auf dem Werkstück entsprechend sollte. Zudem sollte der sogenannte Arbeitsspalt zwischen Werkstück und Kathode klein und gleichmäßig sein, um die Auflösung des Werkstoffs am Werkstück zügig und gleichmäßig zu machen.
Solche durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellte, insbesondere dreidimensional gedruckte Werkstücke haben oft Ausnehmungen, die nicht mechanisch feinbearbeitet werden können, weil der Verlauf dieser Ausnehmungen nicht linear ist. Auch der Querschnitt der Ausnehmungen kann so gering sein, dass sich ein mechanisches Polierverfahren nicht oder zumindest nicht wirtschaftlich durchführen lässt.
Aufgabe der Erfindung ist es folglich, diese Nachteile zu beseitigen.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum elektrolytischen, anodischen Polieren einer Innenseite einer Ausnehmung in einem Werkstück aus Metall, insbesondere in einem durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestelltem Werkstück, welches durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: A) Eintauchen des Werkstücks in ein Elektrolyt, das ein Salz, Wasser und Alkohol mit einem Mindestgewichtsanteil von 20 bis 70 %, insbesondere 40 bis 70 % pro Liter Elektrolytenthält,
B) Anschließen des Werkstücks an einen positiven Pol, sodass das Werkstück eine Anode bildet,
C) Vorsehen zumindest einer Kathode im Elektrolyt und in der Ausnehmung,
D) Vorsehen einer Relativbewegung zwischen Elektrolyt und Werkstück, und
E) Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen Anode und der zumindest einen Kathode. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung, die nachfolgend noch vorgestellt wird, beschränkt sich nicht auf das Entgraten eines Werkstücks. Die Erfindung betrifft vielmehr das Polieren von Flächen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein auf der Innenseite einer Ausnehmung raues Werkstück durch elektrolytisches ganzheitliches Polieren zu bearbeiten, wobei das Zusammenspiel zwischen Prozessparameter, Elektrolyteigenschaften und Werkzeugdesign so aufeinander abgestimmt sind, dass sich beim Anlegen eines Gleichstromes eine großflächige, gleichmäßige übersättigte, viskose Schicht auf der Anodenoberfläche ausbildet.
Die folgenden Faktoren sorgen einzeln und in Kombination für diese Schicht, nämlich
• dass eine Elektrolytbasis ausgewählt wird, welche sich durch eine Viskosität höher als Wasser auszeichnet. Die Viskosität ist der massgebende Faktor, um die Driftgeschwindigkeit der Ionen zu verringern;
· dass die Prozeßtemperatur relativ niedrig gehalten wird, insbesondere auf 7 - 15°C;
• dass die Wasseraktivität / relative Feuchte (sogenannte„AW-Wert") so gering wie möglich gehalten wird. Der AW-Wert liegt im Bereich von 25 - 70%, idealerweise zwischen 27 - 50%;
· dass geeignete Salze gewählt werden, die eine entsprechende
Leitfähigkeit des Elektrolyten erzeugen; und/oder • dass die Strömungsverhältnisse im Spalt gleichmäßig sind, um für einen gleichmäßigen Schichtaufbau auf der Anodenfläche und für den Austausch der Ladungsträger zu sorgen.
Durch die Wahl der geeigneten Gleichstromparameter können der Aufbau und die Stärke der Schicht gesteuert werden. Als hilfreich haben sich hierbei Strompulse mit den auf den folgenden Seiten angegebenen Parametern erwiesen.
Vorteile der Erfindung :
• Es können großflächige Bauteile mit relativ kleinen Strömen bearbeitet werden.
• Es können große Spaltmaße verwendet werden.
• Die Werkzeuggeometrie muss der Werkstückgeometrie nur annähernd und nicht exakt folgen, da durch die verminderte Driftgeschwindigkeit die Sensibilität auf Schwankungen in der Stromdichte auf der Anodenoberfläche stark minimiert wird.
Die lonenbewegungsgeschwindigkeit beträgt im Betrieb 0,1 bis 5 m/sec. Dies ist das Gegenteil dessen, was man für eine Innenbearbeitung einer Ausnehmung für eine Flächenbearbeitung eigentlich vorsehen würde, denn aufgrund der ohnehin schlechteren Zugänglichkeit des Elektrolyts und der Kathode in bzw. zu der Ausnehmung ist ein Elektrolyt, das für eine hohe Diffusionsgeschwindigkeit sorgt, auf den ersten Blick geeigneter für eine großflächige Bearbeitung, um vorgenannte Nachteile zu kompensieren. Die Erfindung schlägt jedoch den gegenteiligen Weg ein. Durch den Elektrolyt lassen sich größere Spaltbreiten realisieren, was wiederum dazu führt, dass die Kathoden weniger exakt dem Verlauf der Ausnehmung folgen müssen, denn die Spaltbreite ist gleichzeitig ein Abstand, der die Geometrietoleranz der Kathode beeinflusst. Darüber hinaus sorgt die langsamere Diffusionsgeschwindigkeit und damit die langsamere Bearbeitung für eine Art Ausgleichseffekt innerhalb des Spalts bezüglich Abtragungsspitzen. Das wiederum bedeutet, dieser Effekt dient dazu, dass bei wesentlich geringerer Stromdichte gearbeitet werden kann. Dieser Ausgleichseffekt lässt sich dadurch erklären, dass die Ladung an den sogenannten „Peaks" auf der Werkstückoberfläche stärker ist als auf einer ebenen Fläche, weshalb hier zuerst Ionen ausgetauscht werden. Durch die spezielle Elektrolytlösung wird in dem Elektrolyt ein halbleiterartiges Verhalten erzeugt, d. h., es werden bevorzugt exponierte Stellen am Bauteil abgetragen, während die ebenen oder, allgemeiner gesagt, die Flächen ohne„Peaks" durch die Elektrolyteigenschaften geschützt und erst später angegriffen werden. Der Abtrag erfolgt somit konzentriert an den Peaks. Die Geschwindigkeit der Ionen selbst kann nicht nur durch die Zusammensetzung des Elektrolyts und dessen Viskosität, sondern auch durch die Temperatur des Elektrolyts oder durch eine Relativbewegung zwischen dem Elektrolyt und dem Werkstück beeinflusst werden. Der obige Ausgleichseffekt lässt sich auch noch etwas detaillierter dadurch erklären, dass die Peaks einem verstärkten elektrischen Feld ausgesetzt sind und dass im Elektrolyt die Salze ihre elektrische Ladung an die Anode abgeben, was zur Bildung von Sauerstoff und damit wiederum zum Oxidieren der Metalloberfläche führt. Die dadurch entstehende dünne Metalloxidschicht ist eine zumindest temporäre Schutzschicht gegenüber dem Elektrolyt.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, das Verfahren bei einem generativen Metall-Fertigungsverfahren (additive Manufacturing) einzusetzen. Zu diesen Fertigungsverfahren gehören die 3D-Druckverfahren inklusive der ALM-, DMLS- und SLM-Verfahren. Hierbei ist die Idee, Nachteile des additiven Manufacturing-Produkts zu Vorteilen für das Polieren zu machen. Um additive Manufacturing-Produkte, d.h. 3D-Druckprodukte, insbesondere in der Luftfahrtindustrie wirtschaftlich zu machen, müsste der Herstellungsprozess, d.h. der Druckprozess möglichst schnell vonstatten gehen, d. h. sogenannte große Korngrößen erzeugt werden (z. B. beim Lasersintern). Diese großen Korngrößen sorgen jedoch für inakzeptable Oberflächenbeschaffenheiten und können als Peaks angesehen werden. Die Körner werden durch das erfindungsgemäße Verfahren extrem gut an der Oberfläche glatt poliert. Dabei spielt der bei der Erfindung eingesetzte Elektrolyt seine Vorteile aus, indem er die vorspringenden Abschnitte der Körner bevorzugt abträgt. Gemäß der Erfindung ist der eingesetzte Alkohol vorzugsweise ein mehrwertiger Alkohol.
Als Salz kann beispielsweise Ammoniumsalz oder Alkalisalz (hier z. B. Alkalisulfamat oder Natriumsulfamat) verwendet werden. Der Salzanteil beträgt beispielsweise mindestens 50 g/l des Elektrolyts, insbesondere mehr als 150 g/l und weniger als 400 g/l.
Als Alkohol können z. B. Glykol oder andere höher viskose Medien verwendet werden, welche entweder die Möglichkeiten besitzen, direkt Salz aufnehmen zu können oder mit Wasser mischbare einphasige Flüssigkeiten bilden können.
Der Wasseranteil des Elektrolyten kann optional bei maximal 20% liegen.
Die Temperatur des Elektrolyts während der Bearbeitung sollte vorzugsweise im Bereich von 0 °C und 30 °C, insbesondere im Bereich von 5 °C bis 20 °C, vorzugsweise 7°C bis 15°C, liegen. Der pH-Wert des Elektrolyts sollte entweder maximal 6,8 betragen, insbesondere zwischen 5,0 und 6,8 liegen.
Wie sich herausgestellt hat, sollte der Elektrolyt einen sogenannten Leitwert von 10 bis 40 mS bei 20 °C haben.
Die Relativbewegung zwischen Elektrolyt und Werkstück kann durch Bewegen des Werkstücks im Elektrolyt erfolgen oder durch Bewegen des Elektrolyts, d. h. Pumpen des Elektrolyts unter Erzeugen einer Strömung längs der Oberfläche des Werkstücks. Natürlich können auch Elektrolyt und Werkstück in Bewegung versetzt werden.
Um eine gleichmäßige Bewegung des Elektrolyten auf der Werkstückoberfläche zu erreichen, wird das Werkstück vorzugsweise längs einer Führung verfahren.
Das Werkstück besteht insbesondere aus metallischen Werkstoffen, z.B. Nickel- oder Chromlegierungen oder Leichtmetallen wie Aluminium. Diese Metalle haben sich als bevorzugte Metalle für den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und die erfindungsgemäße Vorrichtung herausgestellt.
Die Kathode, die die Anode nicht berühren darf, sollte über eine elektrische Leitung, insbesondere über ein flexibles Kabel, mit einem negativen Pol einer Stromquelle verbunden werden und in die Ausnehmung im Werkstück eingeschoben werden, um die Innenseite der Ausnehmung zu bearbeiten. Die Kathode ist keine sogenannte falsche Kathode, die in der Nähe einer anderen, an die Stromquelle angeschlossenen Kathode sitzt und nur über den Elektrolyt mit dieser gekoppelt ist, sondern eine unmittelbar mit der Stromquelle verbundene Kathode. Über diese lässt sich der Abtrag an einer größeren Fläche der Kathode realisieren und nicht nur beispielsweise an einer Spitze der Kathode.
Die Kathode kann insbesondere flexibel ausgebildet sein und eine seitliche Biegung zulassen, um nichtlineare Ausnehmungen polieren zu können, sodass die Kathode dem Verlauf der Ausnehmung folgen kann.
Von der Kathode kann zumindest ein elektrisch isolierender Abstandshalter seitlich abstehen, der mit der Kathode gekoppelt ist. Über diesen Abstandshalter wird ein Kontakt mit dem Werkstück vermieden. Insbesondere kann der Abstandshalter auch als Führung dienen. Das bedeutet, die Erfindung sieht vor, dass der Abstandshalter das Werkstück kontaktiert. Nicht elektrisch isolierte Abschnitte der Kathode sorgen dann für den Abtrag. Gerade wenn die Kathode flexibel ist und beispielsweise in eine gekrümmt verlaufende, tiefe Öffnung in einem durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellten Werkstück (z.B. 3D-Druckteil) eingeführt wird, kann eine oder können mehrere Abstandshalter trotz der Biegung dafür sorgen, dass die Kathode dem Biegungsverlauf folgt, sich biegt und dennoch kein Kontakt mit der Innenseite der Ausnehmung erfolgt. Eine besonders vorteilhafte Variante der verwendeten Kathode sieht vor, diese samt ihrer Abstandshalter als eine Art Rundbürste auszuführen. Die isolierenden Abstandshalter sind abstehende Filamente. Die Kathode kann dabei aus einem oder mehreren verdrillten Drähten gebildet werden, die zwischen sich die Filamente klemmen. Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass die Kathode ein langgestreckter, insbesondere drehender Körper mit einer auf seiner Außenseite wendeiförmigen, elektrolyttransportierenden Nut ist. Eine solche Kathode hat beispielsweise eine Art Bohrerform, wobei die Spannut zum Transport des Elektrolyts dient. Die Nut geht bis zu einem Kern, der durch den Elektrolyt gebildet wird. Die seitlichen Begrenzungen der Nut können beispielsweise komplett von der Isolierung definiert werden. Eine solche Gestaltung hat mehrere Vorteile. Durch Drehen der Kathode liegen die am Nutgrund liegenden Abschnitte der Kathode permanent anderen Abschnitten der Innenwand des Werkstücks gegenüber, um diese gleichmäßig abzutragen. Damit kann ein besonders gleichmäßiges Polieren erfolgen. Ferner kann eine Strömung durch die Nut geleitet werden, oder durch Drehen der Kathode wird wie bei einer Schraubenpumpe Elektrolyt transportiert. Bei Sacklöchern wäre es denkbar, z. B. im Zentrum dieses Kathodenwerkzeugs eine Zulauf- oder besser eine Abiaufbohrung vorzusehen, sodass über die wendeiförmige Nut ein Zulauf von Elektrolyt erfolgt und über die zentrale Öffnung ein Ablauf.
Gerade wenn Abstandshalter die Innenseite der Ausnehmung temporär verdecken, ist es vorteilhaft, die Kathode relativ zum Werkstück nach einem ersten Polierschritt zu bewegen, insbesondere axial und/oder in Umfangsrichtung, um einen vorhergehenden Abstützbereich, an dem zuvor der Abstandshalter dem Werkstück gegenüberlag (mit oder ohne Anlage), freizulegen, damit dann in diesem Bereich ein nachfolgender Polierschritt erfolgen kann, der zum Polieren des zuvor als Abstützbereich dienenden Abschnitts der Innenseite der Ausnehmung durchgeführt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Außenseite des Werkstücks sogar gleichzeitig mit der Innenseite durch Anlegen der elektrischen Spannung poliert wird. Dies reduziert die Bearbeitungszeit erheblich.
Wie bereits zuvor angedeutet, kann zum Erreichen der Relativbewegung zwischen Elektrolyt und Werkstück Elektrolyt gepumpt werden und am Werkstück vorbeiströmen und/oder das Werkstück wird in dem den Elektrolyt aufnehmenden Behälter bewegt, insbesondere entlang einer zuvor schon erwähnten Linearführung. Die zumindest eine Kathode kann eine dem Werkstück gegenüberliegende Fläche haben, die profiliert ist, d. h. weder eben noch kreiszylindrisch ist. Diese Profilierung kann den Abtragvorgang verbessern, insbesondere wenn die Profilierung ähnlich zur späteren Form der Oberfläche des Werkstücks ist. In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, wenn die Kathode eine dem Werkstück zugewandten Seite hat, die vor der Bearbeitung des Werkstücks einen konstanten Spalt zur ihr zugewandten Seite des Werkstücks besitzt. Dabei kann entweder der konstante Spalt vor der Bearbeitung des Werkstücks vorhanden sein oder der Bezug für die Bestimmung des Spalts und der Seite der Kathode ist das dann fertig bearbeitete Werkstück. Zu betonen ist jedoch, dass der bislang übliche extrem gleichmäßige Spalt zwischen der Oberfläche des Werkstücks und der gegenüberliegenden Fläche der Kathode bei der Erfindung nicht nötig ist. Der Spalt kann ungleichmäßig verlaufen, wodurch der Aufwand zur Herstellung der Form der Kathode reduziert wird. Ferner ist dieselbe Kathode auch für ähnliche Oberflächenformen einsetzbar. Aufgrund der Prozesseigenschaften spielt eine eventuelle rauhe Oberfläche der Kathode für die zu erzielende Oberflächengüte des Werkstücks keine Rolle.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn mit dem generativen Fertigungsverfahren, also dem 3D-Drucken, des Werkstücks zeitgleich oder zeitversetzt auch die Kathode und/oder eine Stützstruktur, die die Anode bildet, mit hergestellt bzw. mitgedruckt wird. Damit lässt sich ohne besonderen Mehraufwand eine formgenaue Kathode nahe an die zu bearbeitenden Flächen positionieren. Die Stützstruktur sorgt dafür, dass sich nach der elektrolytischen Bearbeitung keine Flecken auf der Werkstückoberfläche ergeben, die beim Anlegen der Anode bisher entstehen konnten.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn auf der Stützstruktur mehrere Werkstücke sitzen, die dann nacheinander oder gleichzeitig Elektrolyttisch bearbeitet werden. Damit ergibt sich eine höhere Stabilität für die zu bearbeitenden Werkstücke während der Bearbeitung, und das Handling wird deutlich vereinfacht.
Die Stützstruktur wird nach dem elektrolytischen Bearbeiten der Ausnehmung, vorzugsweise nach dem Bearbeiten des gesamten Werkstücks, von dem Werkstück getrennt. Dieses Trennen kann mechanisch oder durch Erodieren erfolgen.
Zum generativen Herstellen werden Metallkörner mit einem Durchmesser von 20 bis 60 μηι verwendet, aus denen das Werkstück zusammengesetzt wird.
Generell kann das Werkstück, insbesondere können mehrere Werkstücke, bei der elektrolytischen Bearbeitung auf einer Stützplatte sitzen, die die Anode bildet. Diese Stützplatte kann beispielsweise zuvor erwähnte Stützstruktur sein, welche zusammen mit dem Werkstück generativ hergestellt wurde. Eine Kathode zur Außenbearbeitung des Werkstücks, d.h. zur Bearbeitung des Werkstücks außerhalb der Ausnehmung, ist beispielsweise über eine elektrisch isolierende Lagerung an der Stützplatte befestigt, insbesondere über eine Steckverbindung. Auch diese Kathode oder Kathoden können generativ gefertigt werden.
Für die Bearbeitung der Ausnehmung kann die Kathode in die Ausnehmung gesteckt und Elektrolyt in den Spalt zwischen der Kathode und der dieser gegenüberliegenden Innenseite des Werkstücks gepumpt werden. Zur Verbesserung der Bearbeitung, insbesondere zur exakt vorbestimmbaren Bearbeitung der Ausnehmung, ist beispielsweise eine Elektrolytleitung vorgesehen, die zur Ausnehmung führt und Elektrolyt in diese einleitet. Dies kann auch durch eine Kanalführung im Inneren der Kathode erfolgen.
Die Bewegung der Kathode in der Ausnehmung kann motorisch oder manuell erfolgen. Insbesondere lässt sich auch ein Hin- und Herbewegen der Kathode durch den motorischen Antrieb realisieren.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus, wie zuvor bereits ausgeführt, eine Vorrichtung zum elektrolytischen, anodischen Polieren einer Innenseite einer Ausnehmung in einem Werkstück aus Metall, insbesondere in einem dreidimensional gedruckten Werkstück. Die Vorrichtung hat einen mit einem Elektrolyt gefüllten Behälter, wobei der Elektrolyt ein Salz, Wasser und Alkohol mit einem Mindestgewichtsanteil von 20 bis 70%, vorzugsweise 40 bis 70 % enthält, eine Halterung für das Werkstück, eine relativ zur Ausnehmung bewegliche Kathode, die auf Ihrer Außenseite abschnittsweise eine elektrische Isolierung aufweist und mit einem Kabel mit einer Stromquelle verbunden ist, wobei ein Antrieb zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem in der Öffnung befindlichen Elektrolyt und/oder der Kathode einerseits und dem Werkstück andererseits vorhanden ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Kathode für die elektrolytische Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere eines generativ hergestellten Werkstücks. Die Kathode hat eine dem zu bearbeitenden Werkstück zugewandte Seite und ist insbesondere dafür vorgesehen, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Die Kathode kann aber auch zur Außenbearbeitung des Werkstücks vorgesehen sein. Die Außengeometrie der Kathode wird zumindest im Bereich der dem Werkstück zugewandten Seite unter Verwendung eines Simulationsprogramms ermittelt. In dem Simulationsprogramm werden die bei der elektrolytischen Bearbeitung vorhandenen elektrischen und/oder magnetischen Felder zwischen der herzustellenden Kathode und dem Werkstück bestimmt. Die Außengeometrie der Kathode an der zuvor erwähnten Seite wird unter Berücksichtigung einer konstanten Stromdichte zwischen der Seite und der Kathode ermittelt. Anschließend wird die Kathode durch ein generativ ist Fertigungsverfahren auf Basis der ermittelten Außengeometrie hergestellt. Dieses Verfahren berücksichtigt, dass beim späteren elektrolytischen Bearbeitungsprozess im Bereich der Kanten eine erhöhte Ladungsdichte vorliegt, welche über die angepasste Geometrie der Kathode kompensiert werden kann. In diesen Bereichen könnte beispielsweise ein größerer Spalt zum Werkstück vorgesehen sein. Sämtliche zuvor bereits mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Merkmale und Vorteile gelten auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
Auch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf ein Entgraten limitiert, sondern dient zum Polieren einer Innenseite einer Ausnehmung.
Insbesondere ist eine flexible Kathode vorgesehen, die abschnittsweise mit einer außen abstehenden elektrischen Isolierung als Abstandshalter versehen ist, insbesondere in Form von abstehenden Borsten oder eines eine wendeiförmige Nut aufweisenden Mantels, der einen die Kathode bildenden Kern umgibt.
Zusätzlich zu der in die Ausnehmung eingeführten Kathode kann zumindest eine außen liegende Kathode zum Polieren der Außenfläche des Werkstücks vorhanden sein, die an dieselbe Stromquelle wie die innen liegende Kathode angeschlossen ist und gleichzeitig die Außenfläche poliert.
Das verwendete Elektrolyt ist das zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Elektrolyt.
Bei zahlreichen Versuchen zum Polieren von Ausnehmungen von durch generative Fertigungsverfahren erzeugten Produkten, also z.B. SD- Druckprodukten, hat sich herausgestellt, dass sich die Oberflächenrauigkeit von RZ 60 auf RZ 3 - 4 durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung verbessern ließen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht darüber hinaus vor, dass es bei durch generative Fertigungsverfahren erzeugten Produkten, also z.B. 3D- Druckprodukten eingesetzt wird, bei denen Stützstrukturen beispielsweise für innen liegende Abschnitte miterzeugt bzw. mitgedruckt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung entfernen solche Stützstrukturen, was mit mechanischem Werkzeug ansonsten unmöglich wäre, da die Zugänglichkeit nicht gegeben ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren verwenden insbesondere Arbeitsbereiche für den angelegten Strom im Bereich von 10 V bis 40 V, idealerweise 15 V bis 30 V, und 0,0003 A/mm2 bis 0,01 A/mm2, vorzugsweise 0,003 A/mm2 bis 0,01 A/mm2.
Die Spaltgrößen liegen im Bereich von 1 ,0 mm bis 100 mm. Insbesondere wird ein Pulsverfahren angewandt, das vor örtlicher Überhitzung, Lochfraß, ungleichmäßiger Metallauflösung, Rußniederschlag und Flusslinien dient. Das optimale Puls-/Pause-Verhältnis beträgt 4:1 bis 1 :4, vorzugsweise 2:1 , und hängt insbesondere vom Material des Werkstücks und dem Elektrolyt ab. Es hat sich herausgestellt, dass ein Halogenanteil im Elektrolyt dessen Eigenschaften verbessert. Die Gesamtmenge des Halogens wird im Bereich von über 0 g bis 100 g pro Liter Elektrolyt liegen.
Es kann ein Wechselhalter für die Fixierung der Kathode vorgesehen sein, der mit einem Strom- und/oder Elektrolytanschluss und/oder einem Antrieb zum Bewegen der Kathode ausgestattet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße, schematisch dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, Figuren 2 bis 4 verschiedene Ausführungsformen einer bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Kathode, und
Figur 5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Figur 1 ist eine Vorrichtung zum elektrolytischen, anodischen Polieren dargestellt, welche einen Behälter 10 aufweist, der mit einem Elektrolyt 12 gefüllt ist. Ein Werkstück 14 ist über eine Halterung 16 komplett im Elektrolyt 12 eingetaucht und ist längs einer Linearführung 18 über einen Motor 20 hin- und her verfahrbar. Das Werkstück hat eine Ausnehmung, hier in Form eines bogenförmig gekrümmten Lochs. Die Ausnehmung ist durch eine Innenseite 22 definiert.
Das Werkstück 14 wird über ein Kabel 24 mit einer Stromquelle 26 verbunden und wirkt als Anode. Eine oder mehrere Kathoden 28, 30 sind mit Kabel 32 ebenfalls mit der Stromquelle 26 verbunden. Die Kathoden 28 sind dabei zur Bearbeitung der Außenfläche des Werkstücks vorgesehen und im vorliegenden Fall plattenförmig oder profiliert (siehe vertikale Kathode 30). Die Form der Kathoden 28 muss nicht der gewünschten oder vorhandenen Außenform des Werkstücks 14 im Bereich, in dem die Kathoden 28 dem Werkstück 14 gegenüberliegen, entsprechen.
Die Kathode 30 ist flexibel und ist in der nichtausgelenkten Stellung vorzugsweise linear (siehe Figuren 2 bis 4). Beim Einschieben in eine nichtlinear verlaufende Ausnehmung jedoch kann sie sich dieser anpassen.
Um einen Kontakt der Kathode 30 mit der Innenseite 22 der Ausnehmung zu verhindern, sind mehrere elektrisch isolierende Abstandshalter 34 an der Kathode 30 befestigt. Bei der Ausführungsform nach Figur 2 sind diese Abstandshalter 34 Filamente, die wie bei einer Rundbürste an der drahtartigen Kathode 30 durch Klemmen befestigt sind.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 sind beispielsweise blockartige oder zylindrische Abstandshalter 34 auf die flexible Kathode 30 aufgesteckt, aufgespritzt, aufgeklebt oder in sonstiger Weise daran befestigt. Die Kathode 30 gemäß Figur 4 ist ebenfalls seitlich biegsam und mit Anstandshaltern 34 in Form einer Isolierung beschichtet, sodass sich eine Art Bohrergestalt ergibt. Die Isolierung hat eine Wendelform, sodass sich zwischen den Gängen eine wendeiförmige, Elektrolyt führende Nut 36 ergibt, in deren Nutgrund die Kathode 30 freiliegt.
Der Elektrolyt enthält pro Liter Elektrolyt 50 g bis 400 g Salz (vorzugsweise 150 g bis 400 g), insbesondere ein Alkalisalz, Alkohol, insbesondere mehrwertigen Alkohol wie Glykol oder Glycerin, mit einem maximalen Gewichtsanteil von 20 bis 70 % pro Liter Elektrolyt, sowie Wasser als Rest. Zusätzlich können noch Halogene enthalten sein, insbesondere mit einem Anteil von bis 100 g pro Liter Elektrolyt.
Der pH-Wert des Elektrolyts beträgt entweder maximal 6,8 oder er liegt im Bereich von 9 und 12.
Der Elektrolyt wird für die Bearbeitung üblicherweise auf eine Temperatur von maximal 30°C gebracht, insbesondere 15°C. Die Prozesstemperatur liegt insbesondere im Bereich von 7 bis 15°C.
Das Werkstück ist bevorzugt ein dreidimensional gedrucktes Werkstück aus Metall mit Metallkörnern, die beispielsweise durch Lasersintern miteinander verbunden werden und einen Durchmesser von 20 bis 60 μηι besitzen. Das bedeutet, das Werkstück ist auf seinen Außenflächen sowie auf der Innenseite 22, etwas übertrieben ausgedrückt, wie ein ungeschnittener Styroporkörper ausgeführt, der aus zahlreichen Kügelchen besteht.
Zum Polieren der Außenflächen und der Innenseite 22 wird das Werkstück durch den motorischen Antrieb 20 durch den Elektrolyt 12 hin- und hergezogen. Die Kathoden 28 werden dabei mitbewegt, denn sie sind über gestrichelt dargestellte Kopplungselemente mit der Halterung 16 verbunden.
Die Kathode 30 wird vorab in die Ausnehmung gesteckt. Die Abstandshalter 34 erlaubt es, dass Elektrolyt 12 an ihr vorbei bis zum werkstückseitigen Ende der Ausnehmung strömen kann. Dazu sind beispielsweise bei den Abstandshaltern 34 gemäß Figur 3 Axialnuten an den Außenmantelflächen der Abstandshalter 34 vorgesehen. Es wird ein Strom beispielsweise ein pulsierender Strom angelegt bei einer Spannung von 10 V bis 40 V und einer Stromstärke zwischen 0,0003 A/mm2 und 0,01 A/mm2. Die Einwirkzeit des Stroms beträgt abhängig vom Werkstoff des Werkstücks und dessen Anfangsrauhigkeit 30 s bis 1200 sec. Da der Elektrolyt 12 im Bereich der Ausnehmung zwischen dieser und den Abstandshaltern 34, gerade was Figur 3 anbelangt, nicht optimal wirkt, wird die Kathode 30 zuerst in eine gewisse Stellung gebracht und nach einer gewissen Einwirkzeit axial leicht versetzt. Nachdem das Polieren zuvor während eines ersten Polierschritts zwischen den Abstandshaltern 34 erfolgt ist, werden diese Abstandshalter 34 dann nach dem Verstellen in die zuvor polierten Bereiche versetzt, sodass die vorhergehenden Abstützbereiche poliert werden.
Zum gleichmäßigen Polieren kann es sinnvoll sein, die Abstände zwischen benachbarten Abstandshaltern 34 entsprechend der Länge der Abstandshalter auszuführen, sodass die Kathode zwischen den Polierschritten um die Länge eines Abstandshalters 34 versetzt wird.
Die Bewegung der Kathode 30 kann manuell erfolgen, was allerdings vor allem dann der Fall ist, wenn das Werkstück 14 nicht im Elektrolyt 12 motorisch bewegt wird, sondern stationär ist. Alternativ hierzu kann eine motorische Bewegung der Kathode 30 sinnvoll sein. Schematisch ist hierzu in Figur 1 ein Wechselhalter 38 für die Fixierung der Kathode 30 vorgesehen, der mit einem Strom- und/oder Elektrolytanschluss versehen ist. Ein Schnellwechselsystem im Wechselhalter 38 erlaubt das schnelle Einsetzen von neuen oder anderen Kathoden 30. Ferner kann der Wechselhalter 38 einen Antrieb 39 zum Bewegen der Kathode 30 aufweisen. Der Wechselhalter 38 ist beispielsweise an der Halterung 16 angebracht und verfährt die Kathode 30 schrittweise oder langsam kontinuierlich in der Ausnehmung.
Bei der Kathode 30 nach Figur 4 wird diese in Drehung versetzt, sodass auch hier die Bearbeitung der kompletten Innenseite erfolgen kann und der Abstandshalter 34 nur temporär Abstützbereiche an der Innenseite 22 abschirmt. Für die optimale Bearbeitung kann es sinnvoll sein, zusätzlich oder alternativ zum Bewegen des Werkstücks 14 den Elektrolyt selbst in Bewegung zu versetzen, beispielsweise über eine Umwälzpumpe 40, die auf einer Seite des Behälters 10 einen Einlass und auf der entgegengesetzten Seite einen Auslass hat, sodass eine gleichmäßige Strömung im Behälter 10 erreicht wird.
Auch in der Ausnehmung sollte eine Elektrolytströmung erfolgen. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass einerseits die Kathode 30 hin- und her bewegt wird oder in Drehung versetzt wird (siehe Figur 4) oder dass eine separate Pumpe für Elektrolyt am Eingang der Ausnehmung sitzt. Die Zufuhr oder das Führen von Elektrolyt in der Ausnehmung kann auch durch eine hohle Kathode 30 erfolgen.
Bei 3D-Produkten werden bei den oben genannten Korndurchmessern Rauigkeiten von etwa RZ 60 erreicht, die durch das Polieren auf Oberflächengüten von RZ 3 bis 4 gebracht werden.
Die Vorrichtung und das Verfahren werden insbesondere für 3D-gedruckte Teile für Flugzeuge eingesetzt, beispielsweise Triebwerksteile, mit beim Drucken eingebrachten Kühlkanälen. Auch ist es möglich, Stützflächen oder Stützrippen, die beim 3D-Druck hergestellt wurden, durch die vorgenannte Bearbeitung abzutragen oder gezielt Öffnungen in normalerweise unzugänglichen, inneren Rippen einzubringen, sodass sich hier Strömungskanäle ausbilden.
Die Kathode 30 kann aber auch beim 3D-Druck mit gedruckt werden, so dass sie z.B. nur über abzutragende, dünne Stützwände mit der Innenseite 22 verbunden und danach frei liegt und nur noch mit dem Kabel 2 gekoppelt werden muss. Ferner ist es denkbar, dass die Stützwände aus isolierendem Material sind und deshalb beim Polieren bestehen bleiben.
Die Kathode 28 kann ebenfalls durch ein generatives Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, die Kathode 28 mit dem Werkstück 14 gemeinsam herzustellen. Bei Werkstücken mit Kanten ist bei der elektrolytischen Bearbeitung eine erhöhte Ladungsdichte im Bereich der Kanten vorhanden. Die Kathode 28 lässt sich für jede anzustrebende Außengeometrie des Werkstücks maßschneidern. Hierzu wird eine 2D- oder 3D-Simulationsprogramm verwendet, bei dem die elektrolytische Bearbeitung mit berücksichtigt wird, d.h. es werden später auftretende elektrische und/oder magnetische Felder bei der späteren Bearbeitung des Werkstücks simuliert. Als Voraussetzung wird ferner eine konstante Stromdichte zwischen den einander zugewandten Seiten der Kathode und des Werkstücks im Simulationsprogramm vorgegeben. Wenn dann die dem Werkstück zugewandte Seite der Kathode bestimmt ist, kann die Kathode durch ein generatives Fertigungsverfahren auf Basis der im Simulationsprogramm ermittelten Außengeometrie hergestellt werden. Eine so hergestellte Kathode wird insbesondere für das zuvor und anschließend erläuterte Verfahren verwendet.
Problematisch bei elektrolytischen Bearbeitungsverfahren kann der Anschluss der Anode, genauer gesagt des Anodenkontakts, am Werkstück sein. Hier können sich schwarze Flecken nach der Bearbeitung abzeichnen. Um dies zu vermeiden und darüber hinaus auch eine effektive Bearbeitung des Werkstücks zu realisieren, kann die Anode mit dem Werkstück gemeinsam durch ein generatives Fertigungsverfahren, beispielsweise Lasersintern, hergestellt werden. Die Anode ist in diesem Fall eine sogenannte Stützstruktur, beispielsweise eine Stützplatte, die dann mit der Stromquelle verbunden wird. Schwarze Flecken auf dieser Stützstruktur sind nicht nachteilig, denn die Stützstruktur wird nach dem Bearbeiten des Werkstücks entfernt, insbesondere durch Erodieren.
Ferner lassen sich mehrere Werkstücke auf derselben Stützstruktur herstellen und anschließend elektrolytische bearbeiten. Figur 5 zeigt eine Stützplatte 50, die zusammen mit dem Werkstück 14 gedruckt oder, allgemeiner gesagt, generativ hergestellt wurde. Obwohl die Stützplatte 50 das Werkstück 40 einteilig sind, ist zur besseren Unterscheidbarkeit der beiden Abschnitte nur die Stützplatte 50 schraffiert dargestellt, wogegen das Werkstück 14 als Block gezeichnet ist. In Wirklichkeit gehen die beiden Abschnitte einstückig ineinander über.
Die Stützplatte 50 muss jedoch nicht zwingend als Platte ausgeführt sein, sie kann ganz allgemein beliebige Formen haben und eine Stützstruktur bilden.
Nur beispielhaft ist hier ein singuläres Werkstück 14 an der Stützplatte dargestellt. Vorzugsweise sind mehrere Werkstücke 14 auf derselben Stützplatte 15.
Die Unterseite der Stützplatte 50 liegt vollflächig auf einer werkzeugseitigen, mehrteiligen Halterung auf. Die Halterung umfasst eine elektrisch isolierende Grundplatte 52, in der elektrische, federnd angestellte Kontaktpins 54 geführt sind. Die Kontaktpins 54 sind mit der Stromquelle 20 über Leitungen verbunden. Eine Lagerplatte 56 unterhalb der Grundplatte 52 bildet mit dieser zusammen die Halterung. In Figur 5 sind mehrere Kathoden 28 zur Außenbearbeitung dargestellt. Diese Kathoden 28 werden gleichzeitig oder separat vom Werkstück 14 generativ erzeugt, insbesondere um einen gleichmäßigen Spalt 58 oder vorgegebenen Spalt 58 zwischen ihrer dem Werkstück 14 zugewandten Seite 60 und dem Werkstück 14 sicherzustellen.
Die Kathoden 28 können über elektrisch isolierende Lagerungen 62 in in der Stützplatte 50 erzeugten Öffnungen gelagert werden, sodass sich lösbare Steckverbindungen ergeben.
In Figur 5 sind auch die zu bearbeitende Ausnehmung im Werkstück 14 und die darin eingefahrene Kathode 32 zu sehen. Die Kathode 32 ist in einer elektrisch isolierenden Kathodenaufnahme 64 gelagert, die wiederum an der Halterung 16 angebracht ist.
Elektrolyt aus einem zweiten Behälter 66 wird über eine Pumpe 68 einerseits über eine Leitung 70 in den Behälter 10 direkt eingepumpt und darüber hinaus über eine Leitung 72, einen Anschluss 74 und einen Kanal im Inneren der Kathode 32 in die Ausnehmung direkt eingepumpt. Dadurch ergibt sich eine separate Elektrolytleitung in die Ausnehmung.
Das Verhältnis von Wasseraktivität / relative Feuchte (sogenannte „AW- Wert") wird im Bereich von 25 - 70%, idealerweise zwischen 27 - 50%, eingestellt.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum elektrolytischen Polieren einer Innenseite (22) einer Ausnehmung in einem Werkstück (14) aus Metall, insbesondere in einem durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellten, metallischen Werkstück (14), gekennzeichnet durch folgende Schritte:
A) Eintauchen des Werkstücks (14) in ein Elektrolyt (12), das ein Salz, Wasser und Alkohol mit einem Mindestgewichtsanteil von 20 - 70 % pro Liter Elektrolyt enthält,
B) Anschließen des Werkstücks (14) an einen positiven Pol, sodass das Werkstück (14) eine Anode bildet,
C) Vorsehen zumindest einer Kathode (30) im Elektrolyt (12) und der Ausnehmung,
D) Vorsehen einer Relativbewegung zwischen Elektrolyt (12) und Werkstück (14), und
E) Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen Anode und der zumindest einen Kathode (30).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (14) aus einer Nickel- oder Chromlegierung oder aus Leichtmetall besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kathode (28, 30) über eine elektrische Leitung mit einem negativen Pol einer Stromquelle (26) verbunden wird und in die Ausnehmung im Werkstück (14) eingeschoben wird, um die Innenseite (22) der Ausnehmung zu bearbeiten.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (30) flexibel ausgebildet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass von der Kathode (30) zumindest ein elektrisch isolierender Abstandshalter (34) seitlich absteht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere axial voneinander beabstandete Abstandshalter (34) an der Kathode (30) vorgesehen sind.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (30) samt Abstandshalter (34) als Rundbürste ausgebildet ist und die isolierenden Abstandshalter (34) abstehende Filamente sind oder dass die Kathode (30) ein langgestreckter, insbesondere sich drehender Körper mit einer auf seiner Außenseite wendeiförmigen, Elektrolyt (12) transportierenden Nut (36) ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem ersten Polierschritt die Kathode relativ zum Werkstück (14) bewegt wird, um einen Abstützbereich, an dem zuvor der Abstandshalter (34) dem Werkstück (14) gegenüberlag, freizulegen, und Durchführen eines 2. Polierschritts zum Polieren des Abstützbereichs.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite des Werkstücks (14) gleichzeitig mit der Innenseite (22) durch Anlegen der elektrischen Spannung poliert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen der Relativbewegung zwischen Elektrolyt (12) und Werkstück (14) den Elektrolyt (12) gepumpt wird und am Werkstück (14) vorbeiströmt und/oder dass das Werkstück (14) in dem den Elektrolyt (12) aufnehmenden Behälter (10) bewegt wird, insbesondere entlang einer Linearführung (18).
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kathode (28) eine dem Werkstück (14) gegenüberliegende Fläche hat, die profiliert ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (14), insbesondere zusätzlich die zumindest eine Kathode (28) und/oder eine Stützstruktur, die eine Anode bildet, durch ein generatives Fertigungsverfahren, insbesondere Lasersintern, hergestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstück (14) verwendet wird, an dem durch das generative Fertigungsverfahren die Kathode (28) und/oder eine Stützstruktur, eine Anode bildet, mitgedruckt ist, insbesondere wobei die Stützstruktur nach dem elektrolytischen Bearbeiten der Ausnehmung von dem Werkstück (14) getrennt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Drucken Metallkörner mit einem Durchmesser von 20 bis 60 μηι verwendet werden.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (14) bei der elektrolytischen Bearbeitung auf einer Stützplatte (50) sitzt, die die Anode bildet, insbesondere nach einem der Ansprüche 12-14, wobei die Stützstruktur als Stützplatte (50) ausgebildet ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kathode zur Außenbearbeitung des Werkstücks (14) über eine elektrisch isolierende Lagerung (62) an der Stützplatte (50) befestigt ist, insbesondere über eine Steckverbindung.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt (12) während des Bearbeitens eine Maximaltemperatur von 20°, insbesondere von 15°C besitzt und/oder einen pH- Wert bis 6,8 oder zwischen 9 und 12.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (30) in die Ausnehmung gesteckt und Elektrolyt (12) in den Spalt zwischen Kathode (30) und der dieser gegenüberliegenden Innenseite (22) des Werkstücks (14) gepumpt wird, insbesondere über eine mit der Ausnehmung verbundene, separate Elektrolytleitung.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (30) mittels eines motorischen Antriebs (20) oder manuell relativ zur Ausnehmung tiefer und weniger tief in diese eingefahren wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (30) eine dem Werkstück (14) zugewandte Seite (60) hat, die vor der Bearbeitung des Werkstücks (14) einen konstanten Spalt (58) zur ihr zugewandten Seite des Werkstücks (14) hat, insbesondere wobei die Seite der Kathode (30) ein Negativ zur der nach der Bearbeitung des Werkstücks (14) hergestellten, der Kathode (30) zugewandten Seite bildet.
21 . Verfahren zum Herstellen einer Kathode (30) für die elektrolytische Bearbeitung eines Werkstücks (14), wobei die Kathode (30) eine dem zu bearbeitenden Werkstück (14) zugewandte Seite hat, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Ermitteln der Außengeometrie der Kathode (28) zumindest im Bereich der dem Werkstück (14) zugewandten Seite (60), wobei die bei der elektrolytischen Bearbeitung vorhandenen elektrischen und/oder magnetischen Felder zwischen der Kathode und dem Werkstück (14) bestimmt und die Außengeometrie der Kathode unter Berücksichtigung einer konstanten Stromdichte auf derjenigen Seite des Werkstücks (14), der Kathode (28) zugewandt ist, bestimmt wird, und b) Erzeugen der Kathode (28) durch ein generatives Fertigungsverfahren auf Basis der ermittelten Außengeometrie.
22. Vorrichtung zum elektrolytischen, anodischen Polieren einer Innenseite (22) einer Ausnehmung in einem Werkstück (14) aus Metall, insbesondere in einem dreidimensional gedruckten Werkstück (14), mit einem mit einem Elektrolyt (12) gefüllten Behälter (10), wobei der Elektrolyt (12) ein Salz, Alkohol mit einem Mindestgewichtsanteil von 20 bis 70 % und Wasser enthält, einer Halterung (16) für das Werkstück (14), einer relativ zur Ausnehmung beweglichen Kathode, die auf Ihrer Außenseite abschnittsweise eine elektrische Isolierung aufweist und mit einem Kabel (32) mit einer Stromquelle (26) verbunden ist, wobei ein Antrieb (20) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem in der Ausnehmung befindlichen Elektrolyt (12) und/oder der Kathode (30) einerseits und dem Werkstück (14) andererseits vorhanden ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine seitlich flexible Kathode (30) vorgesehen ist, die abschnittsweise mit einer außen abstehenden, einen Abstandshalter (34) bildenden elektrischen Isolierung versehen ist, insbesondere in Form von abstehenden Borsten oder eines eine wendeiförmige Nut (36) bildenden Mantels, der einen die Kathode (30) bildenden Kern umgibt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der in die Ausnehmung eingeführten Kathode (30) zumindest eine außenliegende Kathode (28) zum Polieren der Außenfläche des Werkstücks (14) vorhanden ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselhalter (38) für die Fixierung der Kathode (30) vorgesehen ist, der mit einem Strom- und/oder Elektrolytanschluss und/oder einem Antrieb (39) zum Bewegen der Kathode (30) ausgestattet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3473366A1 (de) * 2017-10-17 2019-04-24 United Technologies Corporation Verfahren zur elektrochemischen bearbeitung komplexer, innerer, generativ gefertigter oberflächen

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017006205B4 (de) * 2017-06-29 2022-09-15 Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch das Bundesministerium der Verteidigung, vertreten durch das Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr Verfahren zum Glätten eines generativ gefertigten Bauteils
DE102019207857A1 (de) * 2019-05-28 2020-12-03 Airbus Operations Gmbh Verfahren zur Herstellung eines komplexen Bauteils und Trennwerkzeug
GB2586972A (en) * 2019-09-06 2021-03-17 Mat Solutions Limited A method for making an article by additive manufacturing
EP3878579A1 (de) 2020-03-09 2021-09-15 Acondicionamiento Tarrasense Verfahren zur endbearbeitung von edelstahlteilen
CN114622267B (zh) * 2022-03-18 2024-04-02 合肥工业大学 一种异形零件电解抛光设备及其抛光方法
DE102022110154A1 (de) 2022-04-27 2023-11-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Verfahren zur Fertigung eines Bauteils mit integrierter Kathode für den elektrochemischen Nachbearbeitungsprozess und Entfernung der Kathode aus dem Bauteil

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1982002407A1 (en) * 1981-01-15 1982-07-22 Karl Ingemar Blomsterberg A method of anodically deburring articles of steel or aluminium alloys in an electrolytic bath,and a bath for carrying out the method
EP0074463A1 (de) * 1981-09-12 1983-03-23 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung der Innenwände von metallischen Leitungssystemen durch Elektropolieren mit Hilfe bewegter Elektroden
EP0146833A2 (de) * 1983-12-14 1985-07-03 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Elektropolieren der Innenoberfläche von hohlzylindrischen Körpern
EP0247209A1 (de) * 1986-05-20 1987-12-02 Poligrat Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum elektrochemischen Polieren der Innenflächen von Rohren
JPS63143299A (ja) * 1986-12-05 1988-06-15 Kobe Steel Ltd 純Ｎｉ長尺細径管内面の電解研磨方法
US6224972B1 (en) * 1996-10-22 2001-05-01 Sandvik Ab Method of making a PVD-coated HSS drill
US9114032B1 (en) * 2014-05-21 2015-08-25 Medtronic Vascular, Inc. Method of making a stent

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USB161573I5 (de) 1961-12-22
HU194513B (en) 1985-08-02 1988-02-29 Latszereszeti Eszkoezoek Gyara System for the electrolytic treatment of shaped workpieces
US6398941B2 (en) * 1997-06-13 2002-06-04 General Electric Company Method of shaping a workpiece using an electrochemical machining tool
DE102006054347A1 (de) * 2006-11-17 2008-05-21 Mtu Aero Engines Gmbh Elektrode und Verfahren zur Herstellung einer Elektrode
DE202008011646U1 (de) 2008-09-02 2010-01-28 BECKMANN-INSTITUT für Technologieentwicklung e.V. Einrichtung zum Plasmapolieren unter Verwendung eines flüssigen Elektrolyten
US8597489B2 (en) 2010-07-08 2013-12-03 General Electric Company Method, apparatus and system for flexible electrochemical processing

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1982002407A1 (en) * 1981-01-15 1982-07-22 Karl Ingemar Blomsterberg A method of anodically deburring articles of steel or aluminium alloys in an electrolytic bath,and a bath for carrying out the method
EP0074463A1 (de) * 1981-09-12 1983-03-23 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung der Innenwände von metallischen Leitungssystemen durch Elektropolieren mit Hilfe bewegter Elektroden
EP0146833A2 (de) * 1983-12-14 1985-07-03 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Elektropolieren der Innenoberfläche von hohlzylindrischen Körpern
EP0247209A1 (de) * 1986-05-20 1987-12-02 Poligrat Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum elektrochemischen Polieren der Innenflächen von Rohren
JPS63143299A (ja) * 1986-12-05 1988-06-15 Kobe Steel Ltd 純Ｎｉ長尺細径管内面の電解研磨方法
US6224972B1 (en) * 1996-10-22 2001-05-01 Sandvik Ab Method of making a PVD-coated HSS drill
US9114032B1 (en) * 2014-05-21 2015-08-25 Medtronic Vascular, Inc. Method of making a stent

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3473366A1 (de) * 2017-10-17 2019-04-24 United Technologies Corporation Verfahren zur elektrochemischen bearbeitung komplexer, innerer, generativ gefertigter oberflächen
US10413983B2 (en) 2017-10-17 2019-09-17 United Technologies Corporation Method for electrochemical machining of complex internal additively manufactured surfaces

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Publication number Publication date
EP3472375A1 (de) 2019-04-24
DE102016114969B4 (de) 2019-05-09
US20190177872A1 (en) 2019-06-13
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DE102016114969A1 (de) 2017-12-21

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