Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST hat seine Forschungsinfrastruktur erweitert und eine Plattform für die lokale elektrochemische Oberflächenbearbeitung aufgebaut. Die Kombination aus galvanischen Verfahren, Electrochemical Jet Processing (EJP) und intelligenter Robotik soll eine präzise und ressourceneffiziente Bearbeitung komplexer Werkstücke ermöglichen. Als Anwendungsfelder nennt das Institut Elektronik, Energietechnik, Medizintechnik sowie Luft- und Raumfahrt.
Galvanische Beschichtungen sind für zahlreiche Zukunftstechnologien relevant, weil sie Bauteilen gezielt funktionale Eigenschaften verleihen und deren Beständigkeit und Leistungsfähigkeit verbessern. Durch eine längere Nutzungsdauer können sie zudem zur Einsparung von Ressourcen und zur Reduktion von CO₂-Emissionen beitragen. Das Fraunhofer IST entwickelt vor diesem Hintergrund elektrochemische Fertigungstechnologien weiter und verbindet etablierte galvanische Verfahren mit selektiven Ansätzen der Oberflächenbearbeitung.
EJP-Plattform für selektive Bearbeitung
Herzstück der Erweiterung ist eine neue EJP-Plattform, die verschiedene selektive elektrochemische Verfahren zur lokalen Bearbeitung und Funktionalisierung von Oberflächen bündelt. Dazu zählen das Electrochemical Jet Machining (EJM) für die berührungslose, mikrometergenaue Materialbearbeitung sowie das Electrochemical Jet Deposition (EJD) für die lokale Abscheidung funktionaler Schichten. Damit lassen sich Oberflächen strukturieren, glätten, reparieren oder beschichten.
Im Unterschied zu klassischen galvanischen Verfahren, bei denen komplette Bauteile in Prozessbädern behandelt werden, arbeitet die Plattform mit einem beweglichen elektrochemischen Strahl. Dieser wirkt nur an den Stellen, an denen Material bearbeitet oder Schichten erzeugt werden sollen. Dadurch können perspektivisch auch komplexe oder großdimensionierte Komponenten flexibel bearbeitet werden. Einschränkungen durch die Abmessungen von Prozessbädern sowie Maskierungs- und Demaskierungsschritte entfallen. Zugleich werden der Einsatz von Chemikalien, Energie und Rohstoffen sowie die Entstehung von Abfall minimiert.
Robotik und künftige Entwicklung
Ergänzt wird die Plattform durch eine Robotik- und Automatisierungsinfrastruktur. Neben hochpräzisen Industrierobotern kommen autonome mobile Roboter zum Einsatz, die Material- und Werkzeuglogistik unterstützen und sich selbstständig in ihrer Umgebung orientieren. So entstehen reproduzierbare Prozesse, die sich an unterschiedliche Bauteilgeometrien anpassen und in automatisierte Fertigungsketten integrieren lassen.
"Mit unserem neuen Anlagenaufbau verbinden wir selektive elektrochemische Verfahren und Robotik zu einem Gesamtsystem. Anders als bei klassischen Anlagen passt sich der Prozess dabei an das Bauteil und seine Anforderungen an – nicht umgekehrt", erklärt Rowena Duckstein, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer IST.
Als Beispiele für Anwendungen nennt das Institut die materialschonende Herstellung von Mikrostrukturen mit hohen Abscheideraten sowie die gezieltere Befüllung und damit bessere Beschichtung von Mikro-Bohrungen. Durch die lokale Abscheidung kann dabei auf Schablonen und Maskierungen verzichtet werden.
Künftig soll die EJP-Plattform enger mit Robotik, Sensorik und datengetriebenen Steuerungsverfahren verknüpft werden. Ziel ist ein lernfähiges Fertigungssystem, das Prozesse kontinuierlich optimiert und Ressourcenverbrauch sowie Ausschuss reduziert.