OBERFLÄCHENTECHNIK UND 3D-DRUCK
SILIKON-MASKIERUNGEN FÜR DIE PLASMABESCHICHTUNG DRUCKEN

Der Silikon-3D-Druck erweist sich als eine neue Lösung für Maskierungen im Bereich der Oberflächenbehandlung. APS Coating Solutions und Lynxter haben gemeinsam maßgefertigte, aus Silikon gedruckte Maskierungen hergestellt und beim Plasmaspritzen getestet.

Erfahren Sie in diesem Artikel mehr über diese erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen APS Coating Solutions und Lynxter.

Oberflächentechnik: Plasmaspritzen

OBERFLÄCHENTECHNIK: DIE PLASMABESCHICHTUNG

Das Plasmaspritzen ist ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung, bei dem eine Beschichtung auf das gesamte Werkstück oder einen Teil davon aufgetragen wird. Die aufgetragene Beschichtung verleiht der Oberfläche neue Funktionalitäten und verbessert ihre physikalischen, chemischen oder tribologischen Eigenschaften.

Bei dieser Technik wird ein Lichtbogen erzeugt, durch den ein „Plasmagasgemisch“ geleitet wird. Das Plasma kann eine Temperatur von bis zu 16.000° C erreichen. Es wird zum Schmelzen eines Pulverstroms verwendet, der durch den Brenner zugeführt wird.

Es werden verschiedene plasmabildende Gase wie Argon, Helium, Stickstoff oder Wasserstoff verwendet. Die Gasmischung und die Spritzbedingungen können angepasst werden, um die thermischen Eigenschaften des Plasmas sowie die Geschwindigkeit der Partikel zu verändern.

Welcher Pulverstrom verwendet wird, hängt von dem zu beschichtenden Material ab. Es kann sich um Metalle, Metalllegierungen, Karbide, Oxide usw. handeln, deren Zusammensetzung und Körnung genau gesteuert werden kann. Das Material wird von einem Trägergas befördert, um in das Plasmagasgemisch eingeleitet zu werden.

Grundprinzip: Plasmaspritzen – Quelle: APS Coatings

Das Plasmaspritzen erfolgt unter atmosphärischem Druck und dient insbesondere dazu, Teile zu verstärken, die extremen Bedingungen ausgesetzt sind.
Je nach aufgebrachtem Material ermöglicht es beispielsweise:
– Eine bessere Verschleiß- und Abriebfestigkeit
– Eine bessere Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Oxidation
– Einen besseren elektrischen Widerstand oder eine bessere elektrische Leitfähigkeit

Die mit diesem Verfahren hergestellten Beschichtungen werden in vielen Bereichen eingesetzt: Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Energiesektor, Rüstungsindustrie…

APS COATING SOLUTIONS

APS COATING SOLUTIONS wurde 1968 gegründet und ist auf Trockenbeschichtungsverfahren spezialisiert.

Von Prototypen bis zu sehr großen Serien entwickelt und appliziert APS Coatings die jeweils am besten geeigneten funktionellen Beschichtungen, um die Leistung von zahlreichen mechanischen Teilen unabhängig von deren Umgebungsbedingungen zu verlängern.

APS Coating Solutions, Noisiel

APS Coatings ist auf das Auftragen von Beschichtungen durch thermisches Spritzen, Spritzbeschichten, Wirbelsintern oder Tauchschleudern spezialisiert. Das Unternehmen investiert in neue Technologien zur Oberflächenbehandlung und modernisiert kontinuierlich seine Industrieanlagen.

In diesem innovativen Arbeitsumfeld entwickelten Lynxter und APS Coatings gemeinsam Maskierungslösungen, die per Silikon-3D-Druck gefertigt werden

NEUE MASKIERUNGSLÖSUNGEN DANK DES SILIKON-3D-DRUCKS

 

Im April 2022 startet Lynxter eine Projektausschreibung für die Entwicklung neuer 3D-Druck-Materialien. Diese Ausschreibung zielte darauf ab, Unternehmen auszuwählen, die flexible Teile (Typ Silikon, Polyurethan, TPU) verwenden und im Anschluss zusammen mit diesen Unternehmen eine Versuchsreihe zur Herstellung von Maskierungen, Dichtungen und Werkzeuge zu starten.

APS Coatings war eines der ausgewählten Unternehmen. Nach mehreren Besprechungen bestimmten Lynxter und APS Coatings zwei Anwendungsfälle, für die Maskierungsteile gedruckt werden sollen. Diese Maskierungen sollen bei einer Keramikbeschichtung durch Plasmaspritzen verwendet werden, die auf Teile für die Luft- und Raumfahrt und den Verteidigungssektor aufgebracht wird. Für den ersten Fall stellte Lynxter etwa 240 Maskierungen mit den Abmessungen 25 mm x 7 mm x 5 mm her, die auf die zu schützenden Bereiche aufgesteckt wurden

3D-Druck von Maskierungen aus Silikon und Test bei Plasmabeschichtung

In diesem Gespräch erläutert uns Damien POMAREDE, Material- und Prozessingenieur bei APS Coating Solutions, warum der Silikon-3D-Druck eine innovative Lösung im Bereich der Maskierungstechnik sein kann und warum er die Validierung von Prototypen beschleunigt oder die Produktion von kleinen und mittleren Serien ermöglicht.

Wie sah Ihre Problematik aus, worum ging es bei der Zusammenarbeit?

Damien POMAREDE : Bei diesem Auftrag mussten wir ein relativ komplexes, größtenteils manuelles Protokoll zur Herstellung der Maskierung beachten. Die Ausführung erfordert eine sehr große Geschicklichkeit, hohe Konzentration und zahlreiche Selbstkontrollen seitens der Bediener, was mit einem hohen Risiko mangelnder Qualität einhergeht.

Diese Vorgehensweise mag zwar für die gelegentliche Herstellung weniger Prototypen geeignet sein, sie ist jedoch absolut nicht vereinbar mit einer zunehmenden Arbeitsbelastung und einer regelmäßigen Produktion. Daher war es notwendig, unsere Methoden durch die Optimierung des Maskierungsprozesses zu verbessern.

Wir hatten bereits unsere SLA-3D-Drucker genutzt, um eine Maskierung zu entwickeln. Die Spezifikationen der gedruckten Materialien waren jedoch nicht mit dem Produktionsprozess vereinbar.

Im Rahmen der Zusammenarbeit mit Lynxter hatten wir zwei Ziele:

·         Zunächst wollten wir den von Lynxter entwickelten 3D-Drucker, der mehrere Materialien drucken kann, kennenlernen und die Leistung der gedruckten Silikone bewerten. Dieses Projekt steht im Einklang mit einem größeren Vorhaben von APS Coatings, das darauf abzielt, Verbesserungsmöglichkeiten hinsichtlich unserer industriellen Leistungsfähigkeit zu identifizieren. Dazu gehört auch das Drucken von Maskierungen und Werkzeugen.

·         Das zweite Ziel bestand darin, den 3D-Drucker als neues Tool in unsere Entwicklungs- und Produktionsprozesse einzubinden und zu beurteilen, welchen Einfluss dies auf unsere Organisation und Arbeitsweise nimmt. Dabei wurde genau beobachtet, wie sich dies auf die Entwicklungs-, Fertigungs- und Testzeit, die Bedarfsdeckung und die wirtschaftliche Leistung auswirkte.

Druck von 27 Silikonteilen in 30 Minuten

Warum den 3D-Druck mit Elastomeren beim Plasmaspritzen verwenden?

DP : Wir verwenden mittlerweile viele Silikonmaskierungen, um Teile abzudecken, die mit dem Plasmaspritzverfahren beschichtet werden. Wir haben die Erfahrung gemacht, dass mit bestimmten Silikonformulierungen Maskierungen gefertigt werden können, die gegen Sandstrahlen und Plasmaspritzen beständig sind und eine gute Haltbarkeit besitzen. Diese Lösung hat auch den Vorteil, dass diese Maskierungen leicht montiert und entfernt werden können. Gleichzeitig sind sie äußerst passgenau und grenzen die auszusparenden Bereiche präzise ab.
In den meisten Fällen lohnen sich die Investitionen für die Entwicklung und Herstellung dieser Art von Maskierungen mit traditionelleren Methoden zusammen mit unseren Subunternehmern aufgrund des Volumens und der regelmäßigen Aufträge.

Wenn das Anfertigen von Silikonabdeckungen mit den traditionellen Methoden nicht möglich ist oder andere Werkzeuge nicht in Frage kommen, müssen wir auf einfachere Abdeckungen zurückgreifen, wie zum Beispiel auf Abdeckklebebänder, die für das thermische Spritzen geeignet sind. Für solche Fälle würde eine schnelle und kostengünstige Entwicklung einer 3D-Silikon-Druck-Maskierungslösung absolut Sinn machen.

Maskierung: Aufsetzen von 3D-gedrucken Maskierungen

Welche Vorteile bringt diese neue Technologie für Ihren Herstellungsprozess?

DP : Wir haben 4 grundlegende Vorteile festgestellt:

>Reaktivität bei der Entwicklung von Maskierungslösungen

Der interne 3D-Druck verkürzt die Entwicklungs-, Herstellungs- und Testzeiten. Es ist ein klarer Vorteil, schneller auf Kundenanfragen reagieren zu können.

>Präzision der entwickelten Maskierungslösungen:

Der 3D-Druck liefert bessere Erfahrungswerte und damit eine bessere Anpassung an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Durch die Verwendung besser angepasster Maskierungen kann die Qualität der Endbehandlung der beschichteten Teile erhöht werden.

 

Gedruckte Silikon-Maskierungen nach 2 Schichten Plasmaspritzen

>Anpassung an kleinere Serien:

Diese Technologie ermöglicht es uns, die Investitionen in Manpower und die Material-/ Dienstleistungskosten bei der Entwicklung von Maskierungen und Werkzeugen deutlich zu reduzieren. Dadurch können wir kundenspezifische Entwicklungen, die leistungsfähiger und effizienter als Abdeckungsbänder sind, für kleinere Serien oder weniger umfangreiche Aufträge in Betracht ziehen. Auch in diesem Fall spielt es eine wichtige Rolle, dass wir in der Lage sind, unabhängig von der Größe der produzierten Serien, hervorragende Leistungen zu erbringen.

>Sicherung der Wertschöpfungskette:

Die Einbindung dieser Technologie erlaubt uns, unser Know-how zu stärken, und zwar von der Entwicklung der Maskierungen, ihrer Fertigung, bis hin zur Produktion der Kundenteile. Außerdem können wir unsere Kosten und Lieferzeiten viel gezielter zu steuern, als dies mit den traditionellen Verfahren möglich ist, bei denen wir von Zulieferern abhängig sind.
Die Herausforderung für APS Coatings besteht darin, das Vertrauen seiner Kunden zu stärken, indem es eine interne Produktionskapazität für die Herstellung von kundenspezifischen Maskierungen in das Unternehmen integriert.

Ist diese Methode geeignet, um als Maskierungslösung in der Oberflächenbehandlungs- und Beschichtungsindustrie eingesetzt zu werden?

DP  : Unsere ersten Beobachtungen sind absolut überzeugend. Die mithilfe der Maskierungen gefertigten Teile haben alle unsere Qualitätskontrollen bestanden. Die Maskierungen haben mindestens zwei Spritzzyklen standgehalten, ohne dabei ihre Funktionsfähigkeit zu verlieren, und sie haben die zu beschichteten von den nicht zu beschichteten Bereichen zuverlässig abgegrenzt.
In bestimmten Fällen wird es notwendig sein, einigen gesetzliche Auflagen gerecht zu werden, um die verwendete Silikonformulierung zu homologisieren. APS Coatings arbeitet derzeit daran.
Darüber hinaus scheint die Produktivität des 3D-Druckers unseren Anforderungen zu entsprechen, da die für die Herstellung einer Charge erforderliche Anzahl an Maskierungen in etwa zehn Stunden gedruckt werden kann.

Gedruckte Silikon-Maskierung vor und nach der Plasmabeschichtung

Übersicht über das Maskieren mit dem 3D-Druck

BESCHICHTUNGSVERFAHREN	Plasmaspritzen
TEMPERATUREN	Die Partikel werden bei einer Temperatur von über 2 000° C eingedüst. Plasmatemperatur: < 16.000° C
MASKIERUNGS/DEMASKIERUNGZEIT	Die Maskierungszeit für den Bereich, der untersucht wird, konnte halbiert werden.
ENTRATUNGSZEIT	Die Entgratungszeit für den Bereich, der untersucht wird, konnte halbiert werden.
WIDERSTANDSFÄHIGKEIT WÄHREND DER BESCHICHTUNG: Hat sich das Teil bewegt	Kein Verrutschen der Maskierung während der Beschichtung. Zu beachten ist, dass die Maskierung richtig aufgesetzt und platziert wird. Dieser Punkt sollte den Bedienern mitgeteilt werden und / oder durch ein verbessertes Design behoben werden.
REAKTION AUF DIE BESCHICHTUNG	Gute Haltbarkeit der Maskierungen nach 2 Zyklen. Leichter Abrieb der Maskierung an den exponierten Stellen
RÜCKSTÄNDE ODER NASEN AUF DEM WERKSTÜCK	Keine beobachtete Übertragung von Flüssigkeiten oder Gasen auf das maskierte Teil

ÜBERSICHT ÜBER DEN 3D-DRUCKVORGANG

BRANCHE	Industrie – Luft- und Raumfahrt, Rüstungswesen
ANWENDUNG	Maskierung für das Plasmaspritzen eines Metalloxids
MMATERIAL	Silikon RTV2
GRÖSSE	25 mm x 7 mm x 5 mm
DRUCKER	Drucker S600D, S300X mit LIQ21
DRUCKZEIT	10 Std. / 240 Teile
MATERIALMENGE	84 g
MATERIALKOSTEN	24,4€
SCHICHTHÖHE	0.35 mm
DÜSENGRÖSSE	0.69 mm
PRODUKTIONSMENGE	Serie von 240 Teilen

Ergebnisse der Tests:
– Vereinfachtes und optimiertes Verfahren für die Vorbereitung und das Aufsetzen von spezifischen Maskierungen
– Eine effiziente Abgrenzung von schwer zu schützenden Bereichen
– Erleichterte Entgratung und verbesserte Qualität der Endbearbeitung
– Die Maskierungen halten dem Spritzstrom stand, so dass sie mindestens zwei Zyklen lang wiederverwendet werden können

Gedruckte Silikon-Maskierungen vor – nach 0, 1 und 2 Plasmaspritzzyklen

Um seine Studie zu den Maskierungslösungen im Bereich der Oberflächentechnik zu erweitern, setzt Lynxter seine Arbeit fort und stellt derzeit größerer und komplexerer Teile mit dem S600D und dem S300X für Trockenbeschichtungsverfahren wie dem Spritzpistolenverfahren her.

Diese neue Lösung ermöglicht die schnelle Herstellung von maßgeschneiderten, wiederverwendbaren Maskierungen, die an sämtliche Formen des zu beschichtenden Teils angepasst werden können.
Das Wichtigste ist, dass der Silikon-3D-Druck eine Effizienzsteigerung beim Maskieren mit sich bringt und einen mitunter komplexen Vorgang deutlich erleichtert.

 
 
 

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