Elektrochemische Erzeugung dreidimensionaler Strukturen

Abstract

Bedingt durch den technologischen Fortschritt und immer weiter steigende Anforderungen an Werkstoffe ergeben sich neue Herausforderungen an die eingesetzten Fertigungsverfahren. Verbesserte Materialien, die im Rahmen von Energiespar- und Leichtbaukonzepten zum Einsatz kommen, erfordern oftmals völlig neue Bearbeitungsmethoden, da die etablierten, konventionellen Verfahren an ihre Grenzen stoßen. Ziel neuer Verfahren muss es dabei sein, dass diese möglichst kosteneffzient und auch ressourcenschonend sind. In dieser Arbeit wurden zwei unterschiedliche Ansätze genutzt, um dreidimensionale Strukturen auf elektrochemischem Wege herzustellen: Einerseits wurde Nickel elektrolytisch abgeschieden. Durch die Überlagerung von Magnetfeldern konnte bei besonders kritischen Bauteilgeometrien eine erhöhte Wandstärke erreicht werden und damit die Bauteildicke insgesamt reduziert werden, was insgesamt zu einer besseren Energiebilanz bei gleichzeitig verlängerter Lebensdauer führt. Andererseits wurde das elektrochemische Abtragen (ECM) genutzt um gewünschte Bauteilgeometrien und Oberflächenstrukturen herzustellen. Es wurde ein neues Verfahren entwickelt, mit dessen Hilfe mikrostrukturierte Werkzeuge auf galvanischem Weg sehr leicht und kostengünstig hergestellt werden können. Darüber hinaus wurde das Abtragverhalten von innovativen Titan-Aluminium-Legierungen, die eine große Rolle in Medizin- und Luftfahrtanwendungen spielen, untersucht.

New challenges on the manufacturing processes arise from the technological advances and increasing demands on the materials. Due to enhanced materials used in energy-safe and light-weight concepts well established tooling processes reach their limits. New processes have to be developed. Cost- and resource-efficiency must be the aim of new production processes. This work uses two different approaches to create three-dimensional structures on an electrochemical way. On the one hand nickel was electrochemically plated. By superimposing a magnetic field the wall thickness of sophisticated parts could be enhanced and overall the wall thickness could be reduced, leading to a better energy footprint and an enhanced lifetime. On the other hand electrochemical machining (ECM) was used to manufacture desired geometries and surface structures. A new method to produce microstructured tools for ECM applications in an easy and cost-efficient way by electroplating was developed. Additionally the removal behavior of innovative titanium-aluminum-alloys which play an important role in medicine and aerospace applications were observed.