Analyse der Oberflächenqualität lasergesinterter Bauteile in Abhängigkeit des Alterungszustandes

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen
2.1 Additive Fertigung
2.2 Selektives Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen
2.2.1 Einordnung
2.2.2 Funktionsprinzip
2.2.3 Werkstoffe beim Lasersintern
2.2.4 Prozessparameter beim Lasersintern
2.3 Alterung von Kunststoffen
2.3.1 Allgemeines
2.3.2 Chemische Alterung von Kunststoffen
2.3.3 Physikalische Alterung von Kunststoffen
2.3.4 Alterung von Polyamid
2.4 Oberflächenrauheit
2.4.1 Allgemeines
2.4.2 Profilfilter
2.4.3 Rauheitskenngrößen
2.4.4 Oberflächenmessgeräte

3 Versuchsdurchführung
3.1 Verarbeitungsversuche
3.1.1 Verarbeitungsversuche auf der Forschungsanlage des SFB814
3.1.2 Verarbeitungsversuche auf der DTM Sinterstation 2000
3.2 Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit
3.3 Versuchsplan

4 Ergebnisse und Auswertung
4.1 Gegenüberstellung gängiger Parameter zur Bestimmung der Oberflächeneigenschaften
4.1.1 Linienkennwerte
4.1.2 Flächenkennwerte
4.1.3 Materialanteilsparameter
4.2 Reproduzierbarkeit der Oberflächengüte
4.3 Abhängigkeit der Oberflächengüte von der Anzahl an Verarbeitungszyklen
4.4 Analyse der Oberflächenqualität von Seitenkanten
4.5 Analyse der Oberflächenqualität an der Unterseite
4.6 Gegenüberstellung der Ergebnisse verschiedener Anlagensysteme

5 Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

Anhang

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Immer kürzer werdende Entwicklungszeiten, der Anspruch auf hohe Produktqualitäten und die Forderung nach einer schnellen Reaktion auf Kundenwünsche drängen zu neuen Lösungen in Entwicklung und Produktion. Die Zeitspanne von Projektstart bis zur Markteinführung für neue Automobile beispielsweise hat sich von den 1990er Jahren bis Mitte des neuen Jahrtausends mehr als halbiert. Heute liegt die Entwicklungszeit für neue Automobile unter zwei Jahren. Gleichzeitig erhöht sich jedoch die Anzahl der angebotenen Modelle der jeweiligen Original Equipment Manufacturer (OEM), was zu einer hohen Variantenzahl führt. [2]

Neue additive Fertigungsverfahren unterstützten bei der Erfüllung dieser Herausforderungen. So ist es möglich, individuelle Bauteile zu fertigen ohne dafür ein Werkzeug vorher herstellen zu müssen. Komplexe Geometrien können innerhalb von Stunden bis hin zu wenigen Tagen hergestellt werden, was mit herkömmlichen Werkzeugmaschinen ein Vielfaches der Zeit und Kosten benötigen würde. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf dem selektiven Laserstrahlschmelzen, welches nach der Stereolithographie das bislang zweitbedeutendste Fertigungsverfahren auf diesem Gebiet ist [3]. Mittels selektiven Laserstrahlschmelzen können grundsätzlich alle schmelzbaren Werkstoffe verarbeitet werden, was ein großer Vorteil dieses Verfahrens ist. Speziell bei Kunststoffen kommt es jedoch durch die hohen Bauraumtemperaturen zu chemischen und physikalischen Abbauvorgängen, welche zu nicht reproduzierbaren Bauteilqualitäten führen. Das nicht geschmolzene Pulver kann nach dem Lasersinterprozess entfernt werden und für einen neuen Prozess verwendet werden. Dies führt jedoch zu variierenden Bauteileigenschaften, da das Pulver dann bereits einen oder mehrere Bauprozesse durchlaufen hat und es zum Abbau des Pulvers kommt. Nicht nur die mechanischen Eigenschaften, sondern auch die Oberflächenqualität der hergestellten Bauteile variiert je nach Pulveralterungszustand. Dennoch wird aus Kostengründen versucht möglichst viel Neumaterial wiederzuverwenden. [3-5]

Ziel dieser Arbeit ist, Verständnis über den Zusammenhang zwischen dem Alterungszustand des Ausgangspulvers und der Oberflächengüte von lasergesinterten Bauteilen zu erhalten. Voraussetzung für den Erfolg von Selektivem Lasersintern ist das Verständnis zwischen Prozessstellgrößen und dem Einfluss auf resultierende Bauteilqualitäten. Ausgangspunkt dieser vorliegenden Untersuchung ist dabei die Herstellung von Bauteilen mit Polyamid 12 Pulver. Dabei wird das Pulver, das nach der Bauteilherstellung überschüssig ist, für einen neuen Baujob verwendet. Je öfter das verbliebene Pulver wiederverwendet wird, desto länger war das Pulver hohen Bauraumtemperaturen ausgesetzt. Es kommt zur physikalischen und oder chemischen Alterung des Kunststoffpulvers. Nach der Herstellung der Bauteile werden jeweils die Oberflächen der Bauteile mittels Laser-Scanning-Mikroskop aufgenommen. Darauf aufbauend wird ein Zusammenhang zwischen Pulveralterungszustand und der Oberflächengüte der Bauteile hergestellt.

2 Grundlagen

2.1 Additive Fertigung

Mithilfe von generativen beziehungsweise additiven Fertigungsverfahren ist es möglich, Bauteile nach dem Schichtbauprinzip herzustellen. Das Bauteil wird in Schichten computergesteuert zerlegt. Dieser Prozess läuft automatisch ab und es werden lediglich die 3D Computerdaten des Bauteils benötigt. Während des anschließenden Fertigungsprozesses wird Schicht an Schicht in der richtigen Reihenfolge zusammengefügt, bis ein fertiges Werkstück entsteht. Daraus ergeben sich folgende Eigenschaften additiver Fertigungsverfahren:

- Die Geometrie der Schichten kann direkt aus den 3D CAD Daten abgeleitet werden.
- Es wird kein Werkzeug zur Herstellung des Bauteils benötigt.
- Es können Teile mit hoher geometrischer Komplexität hergestellt werden.
- Es entstehen neben der Geometrie auch die Stoffeigenschaften (mechanische Eigenschaften) im Herstellungsprozess. [6]

Aus den genannten Eigenschaften können zwei große Vorteile dieser Fertigungsverfahren gegenüber herkömmlichen Kunststoffverarbeitungsverfahren abgeleitet werden: Die Herstellung von Bauteilen erfolgt ohne Werkzeug, d. h. es fallen keine Werkzeugkosten an. Das Bauteil wird sukzessive Schicht für Schicht im Bauraum der Maschine aufgebaut. Durch die werkzeuglose Fertigung können auch Kleinserien gefertigt werden und Anpassungen am Bauteil können ohne erheblichen Mehraufwand verwirklicht werden. Weiter gibt es bei additiven Fertigungsverfahren keine geometrischen Restriktionen. Es können Bauteile mit komplexen Geometrien hergestellt werden. [6]

Breuninger et. al 2013 [7] sehen drei Anforderungen an Produkte, die eine generative Fertigung rechtfertigen, sofern mindestens eine der drei Anforderungen erfüllt ist: Funktionsintegration, komplexe Geometrien und Individualisierung. Unter Funktionsintegration kann in der Konstruktionslehre verstanden werden, dass möglichst viele technische Funktionen mit wenigen Bauteilen realisiert werden [7]. Zur Verdeutlichung lässt sich hier ein Beispiel aus der Industrie anführen: Die Firma Hettich aus dem Raum Stuttgart stellt Zentrifugen her. Mithilfe dieser Geräte ist es möglich, beispielsweise Blutkonserven zu zentrifugieren (durch Drehbewegung Trennung von Bestandteilen der Gemische). Mit konventioneller Fertigung sind für die Serienproduktion dieser Geräte aufwändige Werkzeuge und eine zeitintensive Montage notwendig. Hettich fand für den Waschrotor der Zentrifugen einen Fertigungsansatz in der additiven Fertigung zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit. Funktionen können bereits während der Fertigung integriert werden und kostenintensive Monateschritte fallen weg. Folgende Ergebnisse konnten mit der Umstellung des Fertigungsverfahrens erreicht werden:

- Der Rotor besteht nur noch aus drei anstatt 32 Montagekomponenten
- Werkzeuge sind nicht länger nötig
- Kein kostspieliges Entgraten mehr. [8]

Bei komplexen Geometrien handelt es sich um dreidimensionale Geometrien, die sich mit konventionellen Herstellungsverfahren nur schwer oder gar nicht realisieren lassen. Konstruktionselemente wie Hinterschnitte oder Hohlräume bereiten dort oft Probleme. Derartige Geometrien können jedoch mithilfe generativer Fertigung hergestellt werden. Es gibt keine Einschränkungen bei der Herstellung hohler und komplizierter Strukturen, was dieses Verfahren attraktiv macht [7]. Die letzte Anforderung an ein Produkt, die der Nutzer an ein Bauteil nach Breuninger et. al stellen kann, ist die Individualisierung. Individualisierung ist eines der großen Trends der heutigen Gesellschaft [9]. In der Automobilindustrie kann dieser Trend beispielsweise darin beobachtet werden, dass es heute so viele Varianten eines Fahrzeugtyps gibt wie nie zuvor. Die additive Fertigung kommt dieser Forderung des Marktes insofern entgegen, weil durch eine werkzeuglose Fertigung eine individuelle Anpassung eines Produktes keine fertigungstechnischen Mehrkosten verursacht [7]. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Forderung nach Funktionsintegration, nach einer komplexen Geometrie und oder die Forderung nach Individualisierung des Bauteils den Einsatz von additiven Herstellungsverfahren sinnvoll erscheinen lassen kann.

Generative Fertigungsverfahren gehören nach DIN 8589 zu den Urformverfahren. Gemäß Gebhardt 2013 [6] können diese Fertigungsverfahren in Abhängigkeit ihrer Anwendungen wie folgt gegliedert werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Gliederung der Generativen Fertigungsverfahren in Abhängigkeit von ihren Anwendungen (in Anlehnung an Gebhardt [6])

Rapid Prototyping ist die Herstellung von Prototypen mittels additiver Fertigungsverfahren. Diese Bauteile zeichnen sich durch einzelne wichtige Eigenschaften auf, die das spätere Serienbauteil aufweisen muss. So können beispielsweise Haptik und Optik eines späteren Serienprodukts bereits in der Entwicklungsphase schnell und kostengünstig begutachtet werden. Ziel des Rapid Protoyping ist es, schnell und unkompliziert aussagekräftige Modelle herzustellen [6], die möglichst viele Eigenschaften des Produkts aufweisen.

Wenn ein Prototypmodell hauptsächlich der Visualisierung dient, so kann von Solid Imaging oder Concept Modelling gesprochen werden. Weist ein Modell bereits einige Funktionen des späteren Produkts auf, so liegt ein Funktionsmodell bzw. ein Functional Prototype vor [6]. Als Beispiel wäre hier ein Ansaugkrümmer eines neu entwickelten Kraftfahrzeugs zu nennen. Dieser Ansaugkrümmer hält unter Umständen lediglich 1.000 Testkilometer. Wichtige Eigenschaften des späteren Serienbauteils können somit jedoch getestet werden, z. B. die Geometrie des Bauteils.

Beim Rapid Manufacturing weist das in der additiven Fertigung hergestellte Bauteil all die Eigenschaften auf, die beim Gebrauch des Produkts benötigt werden. Somit eignet sich Rapid Manufacturing zur Herstellung von Kleinserien. Werden diese Bauteile direkt als „Positive“ hergestellt, so kann von Direct Manufacturing gesprochen werden. Direct Tooling hingegen ist, wenn „Negative“ hergestellt werden, also Werkzeuge zu Herstellung von Serien. [6]

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass generative Fertigungsverfahren ihre Berechtigung haben. Vor allem das schnelle und kostengünstige Herstellen von komplexen Bauteilen soll hervorgehoben werden. Während bei der konventionellen Fertigung von Bauteilen in der Entwicklungsphase Werkzeuge konstruiert und gefertigt werden müssen, können Bauteile in der additiven Fertigung direkt aus CAD-Daten generiert werden [10]. Dies führt zu Zeit- und Kostenvorteilen. Andererseits muss jedoch beachtet werden, dass das Prefix „Rapid“ irreführend sein kann. „Schnell“ ist relativ. Das entsprechende additive Fertigungsverfahren mit anderen Verarbeitungsverfahren muss verglichen werden, um beurteilen zu können, ob dieses Verfahren wirklich „schnell“ ist [6]. Großflächige und einfache Kunststoffbauteile lassen sich mit anderen Kunststoffverarbeitungsverfahren, z. B. Extrudieren, schneller herstellen als mit additiven Fertigungsverfahren. Additive Fertigungsverfahren sind somit „schnell“, wenn bestimmte Eigenschaften an das Bauteil gefordert werden: kleine Bauteilvolumen, hohe Komplexität und hoher Individualisierungsgrad. [6, 10]

2.2 Selektives Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen

Im Folgenden soll das additive Fertigungsverfahren Laserstrahlschmelzen, auch selektives Lasersintern (SLS) genannt, vorgestellt werden.

2.2.1 Einordnung

Das selektive Lasersintern ist laut dem jährlich veröffentlichten Wohlers Report nach der Stereolithographie die zweitbedeutendste Technologie auf diesem Gebiet [3]. Während bei der Stereolithographie flüssige Ausgangsmaterialien wie Epoxidharze zum Einsatz kommen, die durch lokale Strahlung vernetzt werden, kommen beim Lasersintern Pulver als Ausgangsstoffe zum Einsatz. Diese Ausgangsstoffe werden durch eine Energiequelle lokal in der jeweiligen Schichtebene aufgeschmolzen und später definiert abgekühlt. Als Energiequelle kommt beim Lasersintern ein Laserstrahler zum Einsatz. Jedoch kommen beim Strahlschmelzen allgemein heute auch Elektronen- und Infrarotflächenstrahler zum Einsatz. Die lasergestützten Verfahren sind jedoch die am weitest verbreiteten Verfahren [6]. Die große Bedeutung des SLS im Vergleich zu anderen Rapid Prototyping Verfahren ist im Wesentlichen auf die Werkstoffvielfalt, die mit diesem Verfahren verarbeitet werden kann, zurückzuführen. Generell können sämtliche schmelzbaren Werkstoffe verarbeitet werden [11]. Kunststoffe eignen sich aufgrund der niedrigen Schmelztemperatur am besten für diesen Prozess, weshalb dieser Werkstoff für das Lasersintern hauptsächlich realisiert wurde. Materialien wie Polyamid, Polycarbonat oder Polystyrol sind seit den Anfängen dieses Verfahrens im Einsatz [5, 6]. Diese Kunststoffe sind fest, elastisch, temperaturfest und können somit wichtige Eigenschaften von Prototypen abbilden. Weiter haben Kunststoffe im Allgemeinen eine geringe Wärmeleitfähigkeit, was dem Anschmelzen benachbarter Teilchen entgegenwirkt. [12]

2.2.2 Funktionsprinzip

Der selektive Lasersinterprozess basiert auf dem Verschmelzen eines pulverartigen Ausgangsstoffes [5]. Der Durchmesser dieser Kunststoffpulverpartikel beträgt in der Regel 50 bis 100 µm. Die für den Prozess erforderliche Energie wird durch Laserstrahlung eingebracht [5]. Durch Absorption an den Pulverpartikeln wird die Strahlungsenergie des Lasers in Wärme umgewandelt. Der enge Fokus des Lasers schränkt den Wirkungsbereich lokal ein. Der Werkstoff wird lokal infolge der Strahlungsenergie auf Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur erwärmt. Der aufgeschmolzene Kunststoff verbindet sich mit den benachbarten Körnern. [5]

Zur Herstellung von Bauteilen wird der Laser in parallelen Linien über die Pulverpartikel bewegt. Werden mehrere Linien nebeneinander mit einem geringen Abstand belichtet, so entsteht eine Schicht. Der Abstand zwischen den Linien ist so gering, dass sich diese überlappen und sich somit miteinander verbinden können [5]. Durch Absenken der fertig belichteten Schicht und erneutes Beschichten mit Pulver wird analog zur ersten Schicht die zweite Schicht erzeugt. Dabei verbindet sich die erste Schicht mit der gerade erzeugten Schicht [6]. Die Sintertiefe ᵟ des Lasers (siehe Abbildung 8) muss hierbei tiefer sein als die Höhe (Dicke) der zuvor aufgetragenen Pulverschicht, damit sich die Schichten miteinander vereinigen können. [5]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Selektives Lasersintern – Verfahrensprinzip [6]

Gegenüber dem konventionellen Sintern von metallischen und keramischen Werkstoffen unterscheidet sich das selektive Lasersintern dahingehend, dass kein Werkzeug zur Formgebung erforderlich ist [5]. Bei Pulvermetallen hingegen wird das Pulver in eine Form gegeben und verdichtet. Durch das anschließende Sintern, das Aufheizen des Grünlings in einem Ofen unterhalb der Schmelztemperatur, entsteht ein Formteil [13]. Beim Lasersintern hingegen werden weder Formen (Werkzeuge) benötigt noch wird der Werkstoff mit Druck beaufschlagt. Wie in Kapitel 2.1 erläutert, macht die werkzeuglose Fertigung dieses Verfahren für Kleinserien interessant.

Weiter kommt es beim herkömmlichen Sintern von metallischen und keramischen Stoffen zur sogenannten Diffusion. Das bedeutet, dass sich die Atome zweier Stoffe gleichmäßig untereinander verteilen und sich so die Stoffe miteinander verbinden [13]. Beim selektiven Lasersintern hingegen kann davon ausgegangen werden, dass der Prozess nicht „diffusionsgesteuert“ abläuft. Die Pulverteilchen verschmelzen miteinander. [5]

Der Aufbau einer Lasersinteranlage ist in Abbildung 3 dargestellt. Die Anlage ist mit einem Prozessrechner verbunden, welcher in der Abbildung nicht dargestellt ist. Der Rechner transformiert das 3D-CAD-Modell in Schichten. Manchmal werden die Daten auch von einem externen Rechner transformiert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Schematischer Aufbau einer Lasersinteranlage in Anlehnung an [14] [7]

Ausgehend von einem Schichtmodell trägt der Wischer eine Pulverschicht auf. Die Pulverschicht wird mittels Infrarot-Strahlern bis kurz unter die Schmelztemperatur erwärmt [15]. Ein Laserstrahl wird über einen Umlenkspiegel abgelenkt und belichtet die Pulverschicht entsprechend der Einzelschichtgeometrie. Das Pulver schmilzt und bildet eine durchgehende Schicht [16]. Diese Schmelzschicht wird nach der Belichtung um eine Schichtebene nach unten gesenkt und der Prozess fängt von vorne an (Pulverschicht aufbringen, belichten entsprechend des Schichtquerschnitts und anschließend um eine Schichtebene absenken). Am Ende besteht das gesamte Bauteil aus Schichten. Die nicht belichteten und somit nicht verschmolzenen Pulverpartikel bilden während der Formteilherstellung eine Stützstruktur. Abschließend wird das im Pulver eingebettete Formteil kontrolliert abgekühlt und das Bauteil entformt. Bei der Entformung werden die Formteile vom nicht gesinterten Pulver befreit [15]. Dies erfolgt manuell und das nicht gesinterte Pulver, auch Partcake genannt, kann wiederverwendet werden. Der Partcakeanteil im Bauraum beläuft sich gewöhnlich auf 30 bis 70 % des Bauraumvolumens [15]. Üblicherweise wird darauf geachtet, dass beim Lasersintern von Kunststoffen 30 bis 50 Gewichtsprozent Neupulver zugegeben werden [17, 18]. Jedoch tritt beim Polymerpulver, welches bereits einen Bauzyklus in der Lasersinterstation durchlaufen hat und nicht versintert wurde, Eigenschaftsveränderungen ein [15]. Dies ist auf eine physikalischen und chemischen Alterung der Polymermoleküle während der thermischen Belastung im Bauraum der Maschine zurückzuführen [15]. Auf die Alterung von Kunststoffen soll in Kapitel 2.3 eingegangen werden. Um eine Oxidation des Kunststoffpulvers zu vermeiden, wird üblicherweise in einer Inertgas-Atmosphäre (meistens unter Stickstoff) gearbeitet.

In der nachfolgenden Abbildung ist der Prozess zur Herstellung eines Lasersinterbauteils dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Verfahrensablauf beim Laserstrahlschmelzen in Anlehnung an [5] [4]

Nachdem das vollständige 3D-Volumenmodell vorliegt, kann das Modell in das für Rapid Prototyping standardisierte Datenformat umgewandelt werden. Der aktuelle Standard ist das STL-Datenformat (Standard Transformation Language). Die Geometrie wird durch Dreiecke angenähert (Triangulation). Die Vorgabe der Einstellwerte für die Triangulation sind wichtig und beeinflussen die Qualität des späteren Bauteils [5, 6]. Das nicht verschmolzene Pulver übernimmt während des Baujobs eine Stützfunktion. Dennoch empfiehlt es sich in manchen Fällen zusätzlich eine Stützkonstruktion zu erstellen, z. B. bei Überhängen. Anschließend werden die STL-Daten in einem weiteren Rechenvorgang in Querschnitte zerlegt (Slicen, SLI-Format). Durch das sogenannte Slicen erfolgt die Festlegung der Schichtdicke. [5]

Die Prozessparameter für den Baujob werden an der Maschine vom Maschinenbediener eingegeben. Dazu zählen die Laserstrahlleistung, die Vorheiztemperatur der Maschine oder die Belichtungsgeschwindigkeit. Auf die Prozessparameter soll in Kapitel 2.2.4 eingegangen werden. Der eigentliche Fertigungsprozess kann beginnen, wenn der Maschinenraum mit Pulver befüllt, vorgeheizt und mit Stickstoff geflutet wurde. [5]

2.2.3 Werkstoffe beim Lasersintern

Wegen der niedrigen Schmelztemperaturen und der geringen Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen eignen sich diese gut zum selektiven Lasersintern [6]. Grundsätzlich kann der Prozess jedoch mit allen Materialien durchgeführt werden, die sich unter Wärmeeinwirkung wie Thermoplaste verhalten, sich also schmelzen lassen und welche dann nach Abkühlung erstarren [6].

Bei den Thermoplasten ist zwischen amorphen und teilkristallinen Thermoplasten zu unterscheiden. Die langkettigen Kunststoffmoleküle sind bei amorphen Kunststoffen ungeordnet. Bei Gebrauchstemperatur befinden sich amorphe Kunststoffe im sogenannten „Glaszustand“, d. h. der Werkstoff ist unter anderem hart und spröde [6]. Als Glasübergang wird ein Erweichen der amorphen Strukturen bezeichnet. Der amorphe Thermoplast geht von einem spröden (energieelastischen) Glaszustand in einen elastischen Zustand (entropieelastischen Zustand) über [19]. Bei weiterer Temperaturerhöhung gehen amorphe Kunststoffe in einen „thermoplastischen“ Zustand über [19]. Das Urformen findet üblicherweise weit über der Erweichungs-/Glasübergangstemperatur (Tg) statt, damit das amorphe Polymer mit geringem Widerstand fließt. Je höher die Temperatur, desto geringer der Fließwiderstand (Viskosität) [19]. Bei weiterer Temperaturerhöhung kann die sogenannte Zersetzungstemperatur (Tz) erreicht werden, die keinesfalls überschritten werden sollte [19].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Zustandsbereiche amorpher Kunststoffen [19]

Teilkristalline Kunststoffe besitzen amorphe und kristalline Bereiche. Die amorphen Anteile verhalten sich wie zuvor beschrieben [19]. Diese erweichen bei Überschreiten der entsprechenden Glasübergangstemperatur Tg. Die kristallinen Bereiche hingegen erweichen erst bei Überschreiten der Kristallitschmelztemperatur Tm. Zwischen Tg und Tm sorgen die kristallinen Bereiche für eine hohe Festigkeit des teilkristallinen Polymers [19]. Kunststoffe aus teilkristallinen Polymeren werden in der Regel zwischen Tg und Tm eingesetzt. Sie sind in diesem Temperaturfenster duktil aufgrund der erweichten amorphen Bereiche und haben dennoch eine hohe Festigkeit aufgrund der Kristallite [19]. Urformen findet oberhalb von Tm statt. Auch bei teilkristallinen Kunststoffen sollte Tz keinesfalls überschritten werden [19].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Zustandsbereiche teilkristalliner Kunststoffen [19]

Grundsätzlich lassen sich heute beim selektiven Lasersintern sowohl amorphe wie auch teilkristalline Thermoplaste und darüber hinaus thermoplastische Elastomere verarbeiten. Als Beispiel lassen sich hier Polystyrol, Polyamide und PEEK nennen [20], wobei PEEK zu den Hochleistungspolymeren zählt. Der beim selektiven Lasersintern am weitesten verbreitete Werkstoff ist Polyamid 12. Schätzungsweise 80-90% der mittels selektivem Lasersintern hergestellten Bauteile entstehen aus Polyamid 12 [21]. Die Fließfähigkeit des Pulvers und die niedrige Schmelzviskosität sind für das selektive Lasersintern besonders geeignet und konnten bisher von keinem anderen Kunststoffpulver übertroffen werden [21]. Amorphe Thermoplaste weisen einen großen Erweichungsbereich auf, in dem die Viskosität abnimmt. Der Viskositätsabfall bei teilkristallinen Thermoplasten hingegen ist deutlich stärker bei Erreichen der Schmelztemperatur Ts [18]. Weiter hat Polyamid 12 ein weites Temperaturfenster zwischen Schmelztemperatur und Kristallisationstemperatur [22].

Bei der Abkühlung von teilkristallinen Kunststoffen kann es bei ungleichen Temperaturfeldern zu einer „unkontrollierten Kristallisation“ kommen. Dies hat Auswirkungen auf Unterschiede in der Dichte des späteren Bauteils, was zu Schwindungen und Verzügen führen kann. Der „unkontrollierten Kristallisation“ kann entgegenwirkt werden. Der Laserstrahl ermöglicht das viskose Fließen [6]. Das Erstarren, bei dem die Verfestigung durch Kristallisation eintritt, erfolgt jedoch nicht nach der Belichtung einer Schicht, sondern am Ende, wenn alle Schichtgeometrien belichtet wurden. Dies kann praktisch so umgesetzt werden, indem der Bauraum auf wenige Grad unter der Schmelztemperatur TS erwärmt wird. Dieser Prozess wird auch quasi-isothermes Lasersintern genannt [6]. Erst wenn das Bauteil fertig erstellt wurde und als Schmelze in dem nicht gesinterten Kunststoffpulver vorliegt, kann es definiert abgekühlt werden. So können lokale Spannungen vermieden werden [6]. Voraussetzung für das quasi-isotherme Lasersintern ist die Tatsache, dass teilkristalline Thermoplaste in einem gewissen Temperaturfenster sowohl als Feststoff als auch als Schmelze nebeneinander vorliegen können (Zweiphasenmischgebiet). Dieser Vorgang kann mit DSC-Verfahren (Differential scanning calorimetry) beobachtet werden. Die Schmelz- und Kristallisationsenthalpie sind beim Aufheizen und beim Abkühlen zu erkennen, sowie das Prozessfenster. [23]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Schematischer DSC-Verlauf eines teilkristallinen Thermoplasten [23]

Im Folgenden Abschnitt soll dieses Überkapitel (Selektives Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen) mit den Prozessparametern beim selektiven Lasersintern abgeschlossen werden. Untersuchungen haben ergeben, dass die Auswahl der Prozessparameter unter anderem Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften der Bauteile haben [22].

2.2.4 Prozessparameter beim Lasersintern

Der Laser wird mit einer Laserleistung P und einer Belichtungsgeschwindigkeit v über das Pulverbett bewegt. Es entsteht lokal eine geschmolzene Linie der Breite w und der Tiefe d. Die Prozessenergie wird zum einen durch den Laserstrahl und zum anderen durch die Infrarotheizung eingebracht. Für die eingebrachte Energie gilt somit:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

EL ist der durch den Laserstrahl und EV der durch die Heizung eingebrachte Energieanteil [5]. EV ist abhängig von der gewählten Vorwärmtemperatur. EL lässt sich als Energiedichte wie folgt angeben:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

PL ist dabei die Laserleistung, vs die Belichtungsgeschwindigkeit (Scangeschwindigkeit) und hs der Linienabstand (auch Hatchabstand genannt). Diese Parameter bestimmen die Sintertiefe ᵟ und die Sinterbreite ws. [1]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: Belichtungsparameter des selektiven Lasersinterns [1]

Bezüglich der Formel 2.2 soll erwähnt werden, dass bei gleichbleibender Energiedichte EL eine Erhöhung der Laserleistung PL und einer gleichzeitigen Erhöhung der Belichtungsgeschwindigkeit vS nicht zwangsläufig gleiche Ergebnisse bei der Bauteilerstellung erzielt werden. Es ist immer auch von Bedeutung, in welcher Zeit t die Energie auf die jeweilige Schicht eingebracht wird. Der Faktor Zeit ist unter anderem für die Tiefenwirkung der Energie im Pulver verantwortlich [7].

Fährt der Laser mit hoher Leistung und hoher Geschwindigkeit über das Pulverbett, so kann das Pulver nicht richtig aufschmelzen und Pulverpartikel verbrennen dabei möglicherweise. Fährt der Laser andererseits zu langsam und mit wenig Leistung Linie für Linie ab, so kann es sein, dass das Schmelzebad bei größeren Teilen zu sehr abkühlt bis der Laserstrahl den nächsten Streifen erreicht [7]. Die Bauteileigenschaften werden hierdurch schlechter. Es wird empfohlen, sich an den Standardparametern der jeweiligen Hersteller zu orientieren, um optimale Bauteileigenschaften zu ermöglichen [7].

Abschließend soll auf die eingebrachte Energiemenge in Pulverkörner in Randbereichen eingegangen werden. Ein Laserstrahl hat im Durchschnitt einen Durchmesser von 0,4 mm. Eine durchschnittliche Korngröße eines Pulverpartikels liegt in etwa bei 60 µm. Damit ist der Durchmesser des Laserstrahls siebenmal größer als ein Pulverpartikel. Partikel, die sich nicht vollständig innerhalb des Bauteilrandes befinden, werden nur teilweise vom Laser erfasst. Es kann nicht vorausgesagt werden, ob die Energiemenge ausreicht, um entsprechende Randpartikel vollständig aufzuschmelzen, damit diese am Bauteil haften bleiben. Folglich kann die Oberflächengüte des fertigen Bauteils im Vornherein nie exakt festgelegt werden. Weiter kann im Bauteilinneren ein ähnliches Phänomen auftreten. Kleinere Pulverpartikel schmelzen im Inneren des Bauteils durch die eingebrachte Energie auf, wobei größere Partikel nicht vollständig aufschmelzen. Die Energiemenge zum Schmelzen der großen Partikel ist zu gering und diese bleiben in einem festen Zustand. Inhomogenes Materialgefüge und schlechte mechanische Eigenschaften können daraus resultieren. [7]

2.3 Alterung von Kunststoffen

Bei der Herstellung von Bauteilen mittels selektivem Masken- oder Lasersintern kommt es aufgrund der hohen Bauraumtemperaturen zu Eigenschaftsänderungen bei dem eingesetzten Kunststoffpulver. Dies führt zu einer nachlassenden Wiederverwendbarkeit des Pulvers [15]. Wie im Abschnitt 2.2.2 erwähnt, verbleibt nach jedem Baujob nicht versintertes Pulver im Bauraum der Fertigungsstation (bis zu 70 Gewichtsprozent des ursprünglichen Pulvervolumens). Aufgrund der hohen Materialkosten des Kunststoffpulvers besteht die Motivation, möglichst viel Material wiederzuverwenden. Üblicherweise werden jedem neuen Baujob circa 30 bis 50 Gewichtsprozent Neupulver zugegeben (auffrischen) [17, 18]. Das rezyklierte Pulver soll die Wiederverwendbarkeit des Pulvers erhöhen [24].

Nichtsdestotrotz kommt es bei Pulverpartikeln im Bauraum zu Alterungsvorgängen. Die thermische Belastung des Pulvers führt zu einer chemischen und physikalischen Alterung der Polymermoleküle. Weiter kommt es zu einer Agglomeration von Pulverteilchen [15]. Diese Phänomene haben Auswirkung auf die mechanischen Bauteileigenschaften und auch auf die Oberflächengüte fertiger Bauteile. Die Zusammenhänge zwischen Alterung von Kunststoffen und Bauteileigenschaften müssen verstanden werden. Daher wird im Folgenden auf verschiedene Alterungsprozesse eingegangen. [15]

2.3.1 Allgemeines

Die Alterung von Kunststoffen umfasst alle chemischen und physikalischen Veränderungen der Materialien mit der Zeit, welche zu Änderungen der mechanischen Eigenschaften führen. Nach DIN 50035 kann Alterung als jede „im Prinzip sowohl negative wie positive irreversibel ablaufende chemische und physikalische Änderung des Eigenschaftsbildes, die das betreffende Material im Laufe der Zeit aus unterschiedlichsten Gründen erfahren kann“ bezeichnet werden. [25]

Als Alterungsursachen können innere und äußere Ursachen unterschieden werden. Innere Alterungsursachen können auf „thermodynamisch instabile Zustände“ des Materials zurückzuführen sein, z. B. aufgrund von unvollständiger Polykondensation oder instabiler Kristallisationszustände [25]. Eine thermische Aktivierung führt zu Eigenschaftsveränderungen. Oft reicht die Umgebungstemperatur aus, um Vorgänge ablaufen zu lassen ohne äußere Einflüsse. Trotz fehlendem Einfluss von außen handelt es sich um eine zeitbedingte Alterung mit thermischer Aktivierung und es kann von thermischer Alterung gesprochen werden. Eine Lagerung bei höherer Temperatur würde diesen Vorgang beschleunigen [26]. Im Gegensatz zu den inneren Alterungsursachen verändern äußere Ursachenauch ein stabiles Material. Es geht dabei um die physikalische und chemische Einwirkung auf das Kunststoffmaterial. Als Beispiel sind hier Beanspruchungen durch Strahlung oder Temperatur zu nennen [25]. Bei Temperatur- und Lichteinfluss ist die Reaktion mit Sauerstoff ein Teilprozess der Alterungsreaktion [26].

2.3.2 Chemische Alterung von Kunststoffen

Chemische Alterungsvorgänge sind die Vorgänge, bei welchen sich die chemische Zusammensetzung, die Molekülstruktur und/oder die Molekülgröße verändern. Die wichtigsten Vorgänge sind die Oxidation, der Abbau, die Hydrolyse, die Nachkondensation und die Nachpolymerisation. Diese Alterungsvorgänge sind irreversibel. Bei erneutem Aufschmelzen des Kunststoffes bleibt die Veränderung bestehen. [25]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: Chemische Alterungsvorgänge [27]

Im Vergleich zu Metallen haben Kunststoffe schwache Bindungskräfte. Sie sind daher leichter durch Wärme, Licht und Sauerststoff veränderbar als zum Beispiel metallische Werkstoffe. Chemische Alterungsmechanismen führen in der Regel zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. [25] Chemische Alterungsvorgänge sind Kettenspaltung (Molmassenreduktion) aber auch zu Vernetzungen (Molmassenerhöhung, Abbildung 9). Die gebildeten Radikale reagieren zum Beispiel durch Oxidation oder Reduktion und dies führt zu einer veränderten chemischen Zusammensetzung und Molekülstruktur. [25]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10: Äußere Alterungsursachen und die chemischen Alterungsvorgänge [28]­­

2.3.3 Physikalische Alterung von Kunststoffen

Physikalische Alterungsvorgänge sind immer Folge von thermodynamisch instabilen Zuständen (Eigenspannungen, Orientierungen, unvollkommene Kristallstruktur), die bei der Herstellung von Polymeren entstehen. Physikalische Alterungsvorgänge führen unter anderem zu einer Veränderung des Materialgefüges, des molekularen Ordnungszustandes, der äußeren Form und Struktur oder der physikalischen Eigenschaften. Die wichtigsten Erscheinungen sind Relaxation, Nachkristallisation, Agglomeration (Abbildung 11). Im Gegensatz zur chemischen Alterung von Kunststoffen sind physikalische Alterungsvorgänge reversibel. Nach Aufschmelzen des Kunststoffes ist die Veränderung des Materials nicht mehr vorhanden. [25]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 11: Physikalische Alterung von Kunststoffen (Relaxation, Nachkristallisation) [27]

Im Allgemeinen kann gesagt werden, dass die Alterung von Kunststoffen in der Forschung nicht endgültig geklärt. Die Alterungsvorgänge von Kunststoffen sind vielschichtig. Reaktionen laufen parallel ab, was die Untersuchungen erschwert. Weiter machen Verunreinigungen und Abbauprodukte aus der Herstellung die Ursachenforschung schwierig. [25]

2.3.4 Alterung von Polyamid

Polyamide sind technische Kunststoffe, die durch eine hohe Festigkeit, Steifigkeit, Formbeständigkeit und eine hohe Duktilität gekennzeichnet sind. Polyamide besitzen eine Amidgruppe in der Hauptkette. Durch die zwischenmolekularen Kräfte zwischen den Amidgruppen der Polyamid-Makromoleküle kommt es zu teilkristallinen Strukturen. Daraus resultieren die guten mechanischen und thermischen Eigenschaften der Polyamide. [29]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 12: Amidgruppe [29]

Polyamide sind thermisch stabile Verbindungen, die ohne Stabilisatoren verarbeitet werden können [25]. Unter Sauerstoff kommt es zu Wasserstoffabspaltungen. Bei Mangel an Sauerstoff können „vernetzungsreaktive Verbindungen“ entstehen, die zu hochmolekularen Stoffen weiterreagieren können [25]. Vor der Verarbeitung sind Polyamide aufgrund der hohen Wasseraufnahme zu trocknen. Bei der Verarbeitung von Polyamid 11 und Polyamid 12 können bei einem Wassergehalt ab 0,2 Gewichtsprozent Oberflächenstörungen und Blasen auftreten. Für jede Molmasse und jede Temperatur gibt es einen „Gleichgewichtswassergehalt“, bei dem die mittlere Molmasse gleich bleibt [25]. Bei kurzen Verweilzeiten in der Maschine kann sich bei der Verarbeitung kein Gleichgewicht einstellen, da die Änderung der Molmasse zeitabhängig ist. [25] Die Glasübergangstemperatur bei Polyamiden liegt zwischen 49 und 70 °C. Die Schmelztemperatur liegt bei 186°C. [29]

Vorhergehende Untersuchungen haben gezeigt, dass beim selektiven Lasersintern von Polyamid 12 in Stickstoffatmosphäre die Nachkondensation als chemischer Alterungsmechanismus vorherrschend ist [17]. Weitere wichtige chemische Alterungsmechanismen bei Polyamid 12 sind der thermische und der thermisch-oxidative Abbau (LKT Erlangen).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 13: Reaktionsmechanismus Nachkondensation Polyamid 12 [17]

Trotz der Inertgasatmosphäre während des Verarbeitungszyklus ist bei selektiven Lasersintern Restsauerstoff vorhanden. Hier kann es zum thermo-oxidativem Abbau von Polyamid 12 kommen. Der thermo-oxidative Abbau kann zu einer Kettenspaltung und zu einer Vernetzung führen (LKT Erlangen). Dieser Abbau findet bei tieferen Temperaturen statt als der thermische Abbau [25]. In welchem Umfang der Abbau eintritt, hängt von der Umgebung ab (inert / oxidativ) [25].

Der thermische Abbau führt zu einer Kettenspaltung und zu einer Kettenverzweigung des Polyamid 12 (LKT Erlangen). Thermisch aktivierte Schädigungsreaktionen von Polyamiden treten jedoch erst bei höheren Temperaturen (250°C) ein [25]. Die Bauraumtemperatur beim selektiven Lasersintern beträgt 174°C. Dem thermischen Abbau kann eine Nachkondensation überlagert sein. [25]

Im Folgenden Abschnitt sollen gängige Rauheitskenngrößen vorgestellt werden. Diese bieten die Grundlage für den praktischen Teil der Arbeit, in welchem die Oberflächen von lasergesinterten Bauteilen untersucht werden.

2.4 Oberflächenrauheit

Die Werkstückoberfläche trennt ein Bauteil von seiner Umgebung. In der Regel ist das die Oberfläche umgebende Medium Luft und häufig ist die wichtigste Forderung an Oberflächen, dass diese möglichst kostengünstig sind [30]. In vielen Fällen haben Oberflächen bestimmte Aufgaben zu erfüllen. Daher müssen im Vornherein die Eigenschaften von Oberflächen bestimmt werden, damit diese Funktionen erfüllt werden. Wird ein Bauteil zum Beispiel als Maschinenelement genutzt, müssen Funktionen (z. B. Lagerflächen oder Sichtflächen) aber auch Eigenschaften (z. B. geringe Reibung, gleichmäßige Lichtreflektion) sichergestellt sein [30]. Darüber hinaus können auch visuelle Forderungen an die Oberfläche eines Bauteils gestellt werden [31].

Es soll darauf hingewiesen werden, dass die Vorstellung der Oberflächenparameter anhand von metallischen Oberflächen erfolgt, da diese Parameter für solche Oberflächen üblicherweise angewandt werden.

2.4.1 Allgemeines

Reale Oberflächen (Istoberflächen) weichen von Solloberflächen ab. Die Abweichung wird gemäß DIN 4760:1982 in sechs Kategorien eingeteilt (Tabelle 2). Gestaltabweichungen erster bis vierter Ordnung sind in der Regel an der Oberfläche des Bauteils ersichtlich. Fehler fünfter und sechster Ordnung können mit dem Mikroskop erkannt werden (Gefügestruktur und Gitteraufbau) und sind für den Maschinenbau nicht relevant. Diese werden in den Materialwissenschaften angewandt. [30]

Diese Gestalteigenschaften können in Grobgestaltabweichungen (Gestaltabweichungen erster Ordnung) und Feingestaltabweichungen (Gestaltabweichungen zweiter – fünfter Ordnung) eingeteilt werden. Die Grobgestalt beinhaltet die Parameter Maß, Form und Lage, wobei die Parameter Welligkeit und Rauheit zur Feingestalt gehören. [32]

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Abbildung 14: Gestaltparameter für Werkstücke [32]

Auf Maß- und Lagetoleranzen soll hier nicht weiter eingegangen werden. Die Formabweichung (Gestaltabweichung erster Ordnung) eines Bauteils ist die maximale Abweichung einer Oberfläche von der geometrisch idealen Gestalt der Oberfläche. Die Formabweichung ist unabhängig von der Lage des Bauteils. Die Formtoleranz definiert die Zone, innerhalb derer jeder Punkt der Bauteiloberfläche liegen muss. Folgende Formtoleranzen werden in Konstruktionszeichnungen gemäß DIN ISO 1101 angegeben: [32]

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Tabelle 1: Formtoleranzen [32]

In der folgenden Tabelle werden die Gestaltabweichungen erster bis sechster Ordnung aufgeführt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2: Ordnungssystem für Gestaltabweichungen (DIN 4760) [33]

Die dargestellten Abweichungen erster bis vierter Ordnung überlagern sich in der Regel zu der Istoberfläche.

Beispiel:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 15: Überlagerte Gestaltabweichungen [33]

Bei der Welligkeit handelt es sich gemäß DIN 4760 um Gestaltabweichungen zweiter Ordnung. Welligkeiten sind „periodisch auftretende Gestaltabweichungen am Werkstück“, bei denen die Wellenlänge größer ist als die Rillenabstände der Rauheit. Das Verhältnis zwischen Wellenabstand und Wellentiefe beträgt in der Regel 1000/100:1 [33]. Bei Gestaltabweichungen der dritter bis fünfter Ordnung handelt es sich im Allgemeinen um Rauheit. Rauheit sind regelmäßig oder unregelmäßig wiederkehrende Gestaltabweichungen. Die Abstände betragen nur ein geringes Vielfaches von ihrer Tiefe. Das Verhältnis zwischen Rauheit-/Rillenabständen und Rauheit-/Rillentiefe beträgt zwischen 150:1 und 5:1. In der Realität überlagern oft diese beiden Gestaltabweichungen. [33]

2.4.2 Profilfilter

Zur Bestimmung von Oberflächenkenngrößen wird der Profilschnitt in der Regel quer zur Richtung der Bearbeitungsriefen gelegt. Dadurch ergibt sich ein Querprofil. Die Oberflächenprofile enthalten im Allgemeinen eine Überlagerung von Formabweichung, Welligkeit und/oder Rauheit. Um die Oberflächenkenngrößen einzeln bestimmen zu können, werden Hoch-, Band-, oder Tiefpassfilter eingesetzt, die auch als Wellenfilter bekannt sind [33]. Ein Profilfilter trennt das Primärprofil (P-Profil) in Rauheit (R-Profil) und Welligkeit (W-Profil) auf. Oberflächenkenngrößen werden überwiegend aus dem Rauheitsprofil ermittelt. [34]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 16: ungefiltertes und gefiltertes Profil [30]

Die Grenzwellenlänge λc ist dabei diejenige Wellenlänge, bei der der Profilfilter die Amplitude der Sinuswelle auf 50 % reduziert (Hochpassfilter). Diese kann somit als Grenzmaß zwischen Welligkeit und Rauheit angesehen werden [30]. Langwelligere Anteile werden gedämpft und kurzwelligere Anteile (Rauheit) werden zu fast 100 % übertragen. Entsprechend können Formabweichungen durch einen Tiefpassfilter und Welligkeit durch einen Bandpassfilter ausgefiltert werden. [33]

2.4.3 Rauheitskenngrößen

Rauheitsparameter werden aus dem gefilterten Profil berechnet. Bei Vergleichsmessungen ist daher darauf zu achten, welche Grenzwellenlänge verwendet wurde. Kennwerte werden je nach Profil mit den Buchstaben W, P und R zuzüglich dem entsprechenden Index bezeichnet [30]. Zur Bewertung von Rauheit werden Mittelwerte aus Einzelergebnissen der Einzelmessstrecken gebildet. Eine Gesamtmessstrecke besteht aus fünf Einzelmessstrecken. Die Bezugslinie ist dabei eine mittlere Gerade innerhalb einer Einzelmessstrecke. Die Bezugslinie wird mathematisch berechnet. Sie teilt das Profil so, dass der Flächeninhalt der Spitzen und der Flächeninhalt der Täler gleich groß sind [35]. Es existiert eine Vielzahl von Rauheitskenngrößen. Nachfolgend soll auf die Wichtigsten eingegangen werden.

Konventionelle Rauheitskenngrößen

Die gemittelte Rautiefe RZ ergibt sich aus den Summen der größten Profilspitzen und der größten Profiltäler innerhalb der fünf Einzelmessstrecken lr. Das Ergebnis wird gemittelt (Divison durch fünf). [30]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 17: Bildung der mittleren Rautiefe Rz und der maximalen Einzelrautiefe Rmax und der Rautiefe Rt [30]

Die maximale Rautiefe Rmax ist die größte Einzelrautiefe RZ aus den fünf Einzelmessstrecken lr [30].

Die Rautiefe Rt ist größte Differenz aus der höchsten Spitze und der tiefsten Riefe innerhalb der Gesamtmesstrecke ln [30].

Der arithmetische Mittenrauwert Ra stellt die mittlere Abweichung des Profils von der mittleren Linie dar. Er berechnet sich durch das arithmetische Mittel der Beträge der Ordinatenwerte des Profils innerhalb der Einzelmessstrecke lr [34].

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