Strahlverfahren im 3D-Druck: Sandstrahlen, Glasperlen & Shot Peening
Druckstrahlverfahren für additive Metalle: Entpulvern, Glasperlenstrahlen für matte Oberflächengüte, Shot Peening zur Induktion von Druckeigenspannungen & Wechselfestigkeit.
Strahlverfahren sind der erste und wichtigste mechanische Nachbearbeitungsschritt nach dem Entnehmen von 3D-Druckteilen aus dem Pulverbett. Je nach Wahl des Strahlmittels und des Strahldrucks erfüllen sie völlig unterschiedliche Funktionen: Korund- und Sandstrahlen dient dem abrasiven Reinigen und Entfernen anhaftender Pulverpartikel; Glasperlenstrahlen homogenisiert die Oberfläche und erzeugt ein seidenmattes Finish; Kugelstrahlen (Shot Peening) mit gehärteten Stahl- oder Keramikkugeln induziert gezielt Druckeigenspannungen in die Randschicht, was die Ermüdungsfestigkeit (High Cycle Fatigue) um bis zu 40 % steigert.
- Entfernt mikroskopisch anhaftende Sinterpartikel und reinigt die Bauteiloberfläche vollständig.
- Glasperlenstrahlen homogenisiert optische Schichtstreifen und erzeugt ein gleichmäßiges seidenmattes Finish.
- Shot Peening induziert lebensdauerverlängernde Druckeigenspannungen bis in 200 µm Tiefe.
- Nassstrahlverfahren verhindern Staubentwicklung und erzeugen noch feinere Oberflächen (Ra < 2 µm).
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Verfahren | Sand- / Korundstrahlen | Glasperlenstrahlen | Kugelstrahlen (Shot Peening) |
|---|---|---|---|
| Strahlmittel | Edelkorund (Al2O3, kantig) | Natronglas-Kugeln (rund) | Konditionierter Stahldrahtkorn / Zirshot |
| Haupteffekt | Abrasiver Abtrag, Entpulvern | Glätten, mattes Oberflächenbild | Plastische Verformung, Druckspannungen |
| Einfluss auf Ermüdung | Gering / kann Mikrorisse erzeugen | Moderat | Extrem positiv (Verhinderung von Rissfortschritt) |
| Rauheitsänderung | Erhöht Rauheit (matt-rau) | Senkt Ra auf ca. 3 - 6 µm | Verdichtet Oberfläche, Ra ca. 4 - 8 µm |
| Luftfahrtzulassung | Nur für Vorreinigung | Als Zwischenfinish | Obligatorisch nach AMS 2430 / 2432 |
Mechanik des Shot Peening: Wie Druckspannungen Risse stoppen
Additive Bauteile weisen an der as-built Oberfläche Mikrodellen und Zugspannungen auf. Unter zyklischer Last (z. B. im Flugtriebwerk) gehen Ermüdungsbrüche immer von der Zugspannungszone an der Oberfläche aus. Beim Shot Peening treffen kugelförmige Partikel mit hoher Energie auf. Sie hinterlassen mikroskopische Grübchen: Das Metall plastifiziert lokal, und die elastische Rückfederung des Kerns spannt die Oberfläche unter gewaltige Druckeigenspannungen (bis -600 MPa). Mikrorisse können sich unter Zuglast nicht mehr öffnen.
Prozesskontrolle nach AMS 2430 und Almen-Intensitätsmessung
In der Luftfahrt darf Shot Peening nicht unkontrolliert manuell erfolgen. Auf standardisierten Almen-Prüfstreifen (Federstahlstreifen nach SAE J442) wird die Durchbiegung nach dem Strahlen mit einer Messuhr gemessen (Almen-Intensität in mm A). Dies stellt sicher, dass alle Bauteilbereiche den identischen Verfestigungsgrad und eine 100 %ige optische Überdeckung (Coverage) erhalten.
Nassstrahlen (Wet Blasting) für heikle Geometrien
Beim Nassstrahlen wird das Strahlmittel in einem Wasser-Slurry gefördert. Das Wasser bildet ein Schmierpolster: Kanten werden nicht übermäßig abgetragen, und das Einbetten von Strahlmittelpartikeln in weiche Legierungen (Aluminium, Reinkupfer) wird verhindert. Zudem entfällt jegliches Explosionsrisiko beim Strahlen von Titanstäuben.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Darf Korundstrahlen vor dem Lackieren eingesetzt werden?
Können Strahlperlen die Bauteile verunreinigen?
Wie werden innenliegende Kanäle gestrahlt?
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