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Qualitätsüberwachung bei additiver Fertigung

Bauteilqualität via „Landkarte“ beurteilen

| Redakteur: Peter Königsreuther

Defekt oder in Ordnung? Effekte durch Variation der Laserleistung am Beispiel des Kabinenhalter „Bracket“ des Airbus A350 XWB der Airbus Operations GmbH: Der Defekt ist optisch nicht erkennbar, wird aber durch die Prozessdaten von QMmeltpool 3D erschlossen (rechts das Bauteil mit geringer Laserleistung, links das Bauteil mit Standard-Leistung).
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Defekt oder in Ordnung? Effekte durch Variation der Laserleistung am Beispiel des Kabinenhalter „Bracket“ des Airbus A350 XWB der Airbus Operations GmbH: Der Defekt ist optisch nicht erkennbar, wird aber durch die Prozessdaten von QMmeltpool 3D erschlossen (rechts das Bauteil mit geringer Laserleistung, links das Bauteil mit Standard-Leistung). (Bild: Concept Laser)

Aktive Qualitätssicherung zählt zu den wichtigsten Forderungen von Anwendern additiver Fertigungstechnologien. Concept Laser zeigt jetzt, wie man mit einem speziellen Modul auch fundierte Aussagen über die Teilequalität treffen kann. Das Unternehmen zeigt das System auf der Metav 2016 in Halle 15 am Stand F49.

Die In-situ-Prozessüberwachung zählt zu den strategischen Technologiefeldern von Concept Laser, welche der Anlagenbauer nun um das QMmeltpool 3D zur dreidimensionalen Echtzeitüberwachung erweitert hat, wie es heißt.

Das Lasercusing-Verfahren sei aufgrund hoher Scan-Geschwindigkeiten und hoher Laserleistungen ein sehr dynamischer Prozess, welcher durch verschiedenste Prozessfaktoren beeinflusst werde. In anspruchsvollen Branchen, wie etwa der Medizintechnik, dem Automobilbau sowie der Luft- und Raumfahrt, gelten außerdem strikte Sicherheits- und hohe Qualitätsanforderungen.

Hohe lokale Auflösung

Das System QMmeltpool 3D liefert laut Aussteller nun in Echtzeit qualitätsrelevante Daten zur Prozessüberwachung und - dokumentation. Das System erfasse positionsbezogene Charakteristika des Schmelzbades während der Entstehung des Bauteils. Diese Daten können in einer dreidimensionalen Landkarte visualisiert und vom Anwender analysiert werden. Nach Auskunft des Herstellers ist das Analyse-Tool mit der HD-Auflösung der Computer-Tomografie (CT) vergleichbar.

Das QMmeltpool-System detektiert Schmelzbademissionen, welche während des Aufschmelzvorgangs in Form von Strahlung im infraroten Bereich entstehen, mit koaxialen Sensoren, erklären die Experten. Der koaxiale Aufbau ermögliche die Beschränkung auf eine kleine „Region of Interest“ mit einer hohen lokalen Auflösung bei großen Abtastraten (je nach Detektortyp bis zu 50kHz). Diese Schmelzbadüberwachung ermittelt zwei Kenngrößen: Die Schmelzbadfläche und die Schmelzbadintensität.

Diese Kenngrößen können entsprechenden Prozessfehlern zugeordnet werden. Zum Beispiel kann eine geringe Schmelzbadintensität auf eine zu geringe Laserleistung oder eine zu hohe Scan-Geschwindigkeit, respektive einen zu geringen Energieeintrag, hinweisen. Änderungen in der Fläche des Schmelzbades können außerdem ein Hinweis auf eine Variation des Sauerstoffgehaltes in der Prozesskammer sein. Da die Bauteilgeometrie ebenfalls Auswirkungen auf die thermischen Verhältnisse im Prozess hat, sind Referenzproben sowie ein hohes Maß an Prozessverständnis notwendig, um die Veränderung der Daten während des Prozesses richtig zu deuten und zu analysieren. In einer 2D-Schmelzbadüberwachung werden die Signale als Mittelwerte pro Bauteil und pro Schicht geliefert. Diese 2D-Sichtweise ermöglicht eine eingeschränkte Interpretation lokaler Fehlerstellen.

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