Aufgabenstellung
In diesem Vorhaben wurde ein effizientes, lasergestütztes Nachbearbeitungsverfahren für additiv gefertigte Bauteile aus thermoplastischen Kunststoffen entwickelt. Hierbei war es das Ziel, die Funktionalität der additiv gefertigten Kunststoffbauteile signifikant zu verbessern und die Qualität von Spritzgussbauteilen hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität annähernd zu erreichen, wobei gleichzeitig die Vorteile der Additiven Fertigung bezüglich Designfreiheit und ökonomischer und ökologischer Effizienz bei kleinen Losgrößen erhalten bleiben.

Vorgehensweise
Es wurde ein Scanner-geführten CO₂-Laser unter Stickstoffatmosphäre eingesetzt, welcher wahlweise gepulst oder kontinuierlich betrieben werden kann. Mit Hilfe gepulster Laserstrahlung wurde das additiv gefertigte Bauteil mittels Laserablation subtraktiv nachbearbeitet, um Welligkeiten, Stufen und geometrische Abweichungen auszugleichen. Auftretende Mikrorauheiten wurden mit Hilfe kontinuierlicher CO₂-Laserstrahlung durch sogenanntes Laserpolieren entsprechend der gewünschten Oberfläche vermindert.

Ergebnisse
Die Ergebnisse zeigen, dass durch Laserpolieren mit kontinuierlicher CO₂-Laserstrahlung die Oberflächenrauheit um bis zu 50 % auch bei großen Einfallswinkeln (bis 60 °) reduziert werden kann. Durch Laserablation mittels gepulster CO₂-Laserstrahlung kann zudem die Bauteiltoleranz durch gezielten Abtrag mit minimalen Ablationstiefen pro Puls von ca. 25 µm signifikant verbessert werden. Die abgetragenen Oberflächen weisen eine um bis zu 65 % reduzierte Oberflächenrauheit auf (siehe Abbildung links), was zu einer signifikanten Verbesserung der mechanischen Eigenschaften (siehe Abbildung rechts) bei vollständiger Bearbeitung der Bauteile führt.