Aktor-Gehäuse aus einem Guss

Ein widerstandsfähiges Gehäuse kann die Lebensdauer von Piezo-Aktoren verlängern. Fertigungstechnologien wie Spritzgießen waren bislang jedoch aus wirtschaftlicher Sicht nicht für die Herstellung geeignet. Forschern des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) in Darmstadt ist es nun zusammen mit dem Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt gelungen, einen Piezo-Aktor mit Hilfe des selektiven Laserschmelzens (SLM) mit einem auf die Anwendung angepassten Gehäuse zu versehen. Bislang waren beim Herstellen von Aktor-Gehäusen wegen der nötigen Vorspannung viele einzelne Teile erforderlich, was die Kosten in die Höhe trieb. Ziel war es daher, das Aktor-Gehäuse als ein Bauteil zu fertigen. Die Forscher nutzten dazu die Vorzüge des SLM, sehr frei in der Formgebung zu sein. Aus verschiedenen Metallpulvern entstehen feste Teile, dabei wird das Metallpulver durch einen Laserstrahl auf seine Schmelztemperatur erhitzt. Durch die schichtweise Zugabe von Material lassen sich feste Teile direkt aus CAD-Daten erstellen. Als Aktor wählten die Forscher einen im Handel erhältlichen piezokeramischen Stapelaktor mit einer maximalen Blockierkraft von 2 kN und einer maximalen Dehnung von 45 μm, die Größe beträgt 7 mm x 7 mm x 32 mm. Die größte Herausforderung bestand darin, den Piezoaktor während der Herstellung des SLM-Gehäuses in dieses zu integrieren. Dazu wurde der SLM-Prozess unterbrochen, der Aktor integriert und der SLM-Prozess anschließend fortgesetzt. Während des Prozesses treten im Pulverbett Temperaturen von durchschnittlich 180 °C auf. Der hieraus resultierende thermische Schrumpf des Gehäuses führt zu einer mechanischen Vorspannung des Aktors im Inneren, die sich vorteilhaft auf Antriebsleistung und Zuverlässigkeit auswirkt.