Lokale Oberflächenfunktionalisierung mit Jet-Plasmaelektrolytischem Polieren (Jet-PeP)

Problemstellung
Die Oberflächenbearbeitung ist aus zahlreichen Hochtechnologiebranchen nicht mehr wegzudenken. Eine umweltfreundliche Technologie stellt das sogenannte Plasmaelektrolytische Polieren dar. Durch überlagerte, elektrische und chemische Prozesse erfolgt dabei eine Glättung und gezielte Bearbeitung der Bauteiloberfläche. Somit können im Tauchverfahren komplizierte Bauteile schnell, effizient und mit gleichbleibender Qualität bearbeitet werden. Bei medizintechnischen Implantaten wird beispielsweise mit geeigneten Oberflächen erreicht, dass das Körpergewebe gut mit dem Implantat verwächst, dabei ein unerwünschtes Bakterienwachstum jedoch nicht stattfindet. Dies stellt aufgrund der äußerst kompliziert geformten Bauteile sowie der unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften und gewünschten Genauigkeiten eine große Herausforderung dar.

Ziel
Das Ziel des Forschungsprojekts Jet-PeP war es deshalb, das Plasmapolieren selektiv auf Bauteiloberflächen einsetzbar zu machen. Der Schwerpunkt lag dabei auf der innovativen Anlagentechnik zur räumlichen Führung des Plasmas mit einer speziellen Hochleistungsenergiequelle.

Vorgehensweise
Zunächst wurde eine örtliche Bearbeitung durch einen strahlgeführten Prozess entwickelt, um das benötigte Plasma nur an den gewünschten Stellen zu erzeugen. Durch die Messung und Analyse chemischer und elektrischer Parameter an der entstehenden Anlage wurden Erkenntnisse zur Wirkung und Ausdehnung des Plasmas auf die Bauteile erworben. Diese waren für die Entwicklung des Prozesses und die Überführung der Technologie in die industrielle Anwendung von entscheidender Bedeutung. Die Untersuchungen wurden durch sogenannte multiphysikalische Simulationsmethoden unterstützt, bei denen das Bauteil-, Werkstoff- und Plasmaverhalten berechnet werden, um Versuche an unterschiedlichen Bauteilen einzusparen. Die entwickelten Komponenten und erzielten Erkenntnisse wurden in prototypische Anwendungen überführt, mit der sich die Oberflächen komplizierter Bauteile selektiv beeinflussen lassen.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Damit konnten aufgrund der Möglichkeit zur gezielten Auswahl von Bearbeitungsbereichen und der optimierten Komponentenauslegung neue Gestaltungsmöglichkeiten und Energieeinsparungen von bis zu 30 Prozent erzielt werden. Neben der Medizintechnik wurde das strahlgeführte Plasmapolieren für Anwendungen in der Automobilindustrie oder der Luft- und Raumfahrttechnik weiterentwickelt. Das deutsch-israelische Konsortium vereinigte dabei die Exzellenz des Maschinenbaus, der Elektrotechnik, der Werkstoffwissenschaft und der Präzisionsfertigung.