Rowena Duckstein: Wie ihre Plattform die Oberflächenmodifizierung verändern soll

Mit einer neuen Anlage zur präzisen Oberflächenmodifizierung hat das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST seinen Maschinenpark modernisiert und erweitert.

Statt Bauteile komplett in ein Tauchbad zu legen, arbeitet die neue Electrochemical Jet Processing-Plattform mit einem gezielt steuerbaren elektrochemischen Strahl. Rowena Duckstein, die für das Institut zu dem Projekt spricht, erklärt, dass sich das System an die Geometrie des jeweiligen Bauteils anpasst und nicht umgekehrt.

Die Plattform bündelt mehrere selektive Verfahren

Die EJP-Plattform fasst verschiedene Verfahren zur lokalen Oberflächenbearbeitung und Funktionalisierung zusammen. Electrochemical Jet Machining ermöglicht dabei eine berührungslose, mikrometergenaue Materialbearbeitung. Electrochemical Jet Deposition wiederum erlaubt die lokale Abscheidung funktionaler Schichten, ohne dass das gesamte Bauteil behandelt werden muss.

Im Gegensatz zur klassischen Tauchgalvanik wirkt der elektrochemische Strahl nur an den tatsächlich vorgesehenen Stellen. Das soll flexible Bearbeitung auch komplexer oder großdimensionierter Komponenten ermöglichen, ohne dass Größe des Prozessbads oder zusätzliche Maskierungsschritte die Möglichkeiten einschränken.

Roboter unterstützen Präzisionsarbeit und künftige Logistik

Ergänzt wird die Plattform durch hochpräzise Industrieroboter, welche die exakte Führung des elektrochemischen Strahls übernehmen. Um das System zu einer vollständig autonomen Fertigungsumgebung auszubauen, ist zudem die künftige Integration von autonomen mobilen Robotern für die selbstständige Material- und Werkzeuglogistik geplant. Diese enge Verknüpfung mit moderner Robotik trägt laut Institut maßgeblich dazu bei, feine Mikrostrukturen materialschonend und mit hohen Abscheideraten zu fertigen.

Ein praktischer Effekt zeigt sich bereits bei sogenannten Mikro-Bohrungen: Das System ermöglicht eine gezieltere Befüllung und eine gleichmäßigere Beschichtung solcher feinen Strukturen. Weil die Abscheidung rein lokal erfolgt, können zudem Schablonen und Maskierungen entfallen, die bei klassischen Verfahren zwingend nötig sind.

Effizienter Ressourceneinsatz und vielseitige Anwendungen

Durch den rein lokalen Einsatz des Flüssigkeitsstrahls verringert die neuartige Anlagentechnik den Bedarf an Prozesschemikalien und Rohstoffen drastisch, wodurch auch deutlich weniger Abfall entsteht. Ein weiteres primäres Entwicklungsziel des Instituts ist es, durch die zukünftige lernfähige Systemumgebung auch den Energieverbrauch sowie die Ausschussraten auf ein Minimum zu reduzieren. Als zentrale Anwendungsbereiche sieht das Fraunhofer IST vor allem anspruchsvolle Aufgaben in der Mikrobearbeitung, effiziente Reparaturprozesse sowie die gezielte Herstellung funktionalisierter Oberflächen. Gerade bei sensiblen oder hochkomplexen Komponenten gewinnt diese präzise und schonende Technologie zunehmend an Bedeutung.

Das Institut plant ein lernfähiges Fertigungssystem

Für die kommenden Schritte plant das Fraunhofer IST eine engere Verknüpfung der EJP-Plattform mit Robotik, Sensorik und datengetriebenen Steuerungsverfahren. Angestrebt wird eine Fertigung, die eigenständig dazulernt, Abläufe laufend verbessert und so Material sowie Ausschuss weiter reduziert.

Darüber hinaus will das Institut adaptive Fertigungskonzepte entwickeln, die lokale elektrochemische Verfahren flexibel in bestehende industrielle Produktionslinien integrieren. Für Betriebe, die auf präzise Beschichtungstechnik angewiesen sind, könnte das bedeuten, dass sich Fertigungsprozesse künftig stärker an einzelne Bauteile statt an starre Taktstraßen anpassen.

Bild: Symbolbild, KI-erzeugt.