Precyzja zamiast galwanizacji zanurzeniowej: Nowa platforma do selektywnej modyfikacji powierzchni

Desktop Jet firmy TextureJet do elektrochemicznego obróbki strumieniowej (EJM) w ramach platformy Electrochemical Jet Processing (EJP) Fraunhofer IST. © Fraunhofer IST

Lokalna struktura powierzchniowa na podłożu ze stali nierdzewnej wywołana przez elektrochemiczne obróbkę strumieniową (EJM). © Fraunhofer IST

Rozszerzając swoją infrastrukturę badawczą, Instytut Fraunhofer ds. Technologii Warstw i Powłok IST tworzy nową platformę do lokalnej obróbki powierzchniowej metodami elektrochemicznymi. Połączenie sprawdzonych metod galwanicznych z innowacyjnymi technologiami, takimi jak Electrochemical Jet Processing (EJP) i inteligentna robotyka, umożliwia precyzyjną, oszczędną w zasobach obróbkę skomplikowanych elementów. Tym samym instytut tworzy nowe możliwości dla branż takich jak elektronika, technologia energetyczna, medycyna oraz lotnictwo i kosmonautyka.

Galwaniczne powłoki są nieodzowne dla wielu technologii przyszłości. Nadają one elementom celowe właściwości funkcjonalne, poprawiają ich odporność i wydajność, a dzięki dłuższej trwałości przyczyniają się do oszczędności zasobów oraz redukcji emisji CO₂. W tym kontekście Instytut Fraunhofer IST rozwija technologie produkcji elektrochemicznej i łączy sprawdzone metody galwaniczne z selektywnymi podejściami do obróbki powierzchni.

Rozszerzenie dla następnej generacji produkcji elektrochemicznej

Sercem rozbudowy systemu jest nowa platforma Electrochemical Jet Processing (EJP), która integruje różne selektywne metody elektrochemiczne do lokalnej obróbki i funkcjonalizacji powierzchni. Do nich należą Electrochemical Jet Machining (EJM) do bezkontaktowej, mikrometrowej obróbki materiałów oraz Electrochemical Jet Deposition (EJD) do lokalnego osadzania warstw funkcjonalnych. Dzięki temu można celowo strukturyzować, wygładzać, naprawiać lub powlekać powierzchnie.

W przeciwieństwie do tradycyjnych metod galwanicznych, w których całe elementy są poddawane obróbce w kąpielach procesowych, platforma EJP korzysta z ruchomego strumienia elektrochemicznego, który działa tylko tam, gdzie faktycznie ma miejsce obróbka materiału lub tworzenie warstw. Pozwala to na elastyczną obróbkę nawet skomplikowanych lub dużych komponentów. Ograniczenia wynikające z rozmiarów kąpieli procesowych czy konieczności maskowania i demaskowania zostają wyeliminowane. Jednocześnie minimalizuje się użycie chemikaliów, energii i surowców, a także powstawanie odpadów.

Inteligentne sterowanie procesem dla skomplikowanych geometrii elementów

Platforma jest uzupełniona nowoczesną infrastrukturą robotyczną i automatyzacyjną. Oprócz wysokoprecyzyjnych robotów przemysłowych wykorzystywane są autonomiczne roboty mobilne (AMR), które elastycznie wspierają logistykę materiałów i narzędzi oraz samodzielnie orientują się w otoczeniu. Powoduje to powstawanie wysokoprecyzyjnych i powtarzalnych procesów, które można dostosować do różnych geometrii elementów i integrować w zautomatyzowane linie produkcyjne.

»Nasza nowa konfiguracja urządzeń łączy selektywne metody elektrochemiczne i robotykę w całościowy system. W odróżnieniu od klasycznych instalacji, proces dostosowuje się do elementu i jego wymagań – nie odwrotnie«, wyjaśnia Rowena Duckstein, pracownica naukowa w Instytucie Fraunhofer IST.

Różnorodne zastosowania dla branż high-tech

Nowa technologia systemowa jest istotna wszędzie tam, gdzie wymagana jest najwyższa precyzja, elastyczność i zrównoważony rozwój. Umożliwia na przykład oszczędną w materiałach produkcję mikrostruktur z wysokimi szybkościami osadzania oraz celowe wypełnianie i lepsze powlekanie np. mikro-otworów. Dzięki lokalnemu osadzaniu można zrezygnować z użycia szablonów i masek.

Perspektywy na przyszłość

W przyszłości platforma EJP ma być jeszcze ściślej powiązana z robotyką, sensorami i sterowaniem opartym na danych. Celem jest system produkcyjny uczący się, który będzie ciągle optymalizować procesy i redukować zużycie zasobów oraz odpadów. Tym samym Instytut Fraunhofer IST tworzy podstawy dla adaptacyjnych koncepcji produkcji, które elastycznie integrują lokalne metody elektrochemiczne w linie przemysłowe i otwierają nowe możliwości w mikroobróbce, procesach naprawczych i funkcjonalizacji powierzchni.

»Naszym celem jest rozwijanie platformy technologicznej, która nie tylko spełnia obecne wymagania przemysłowe, ale aktywnie wyznacza nowe standardy – dokładniejszymi, bardziej zrównoważonymi i bliższymi zastosowaniom rozwiązaniami«, podsumowuje Duckstein.