Bauteilqualität via „Landkarte“ beurteilen

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3D-Landkarte hilft Orientieren

Die bisherige, zeitbezogene 2D-Überwachung des Bauprozesses wird zur positionsbezogenen 3D-Landkarte. Statt ausschließlich zeitbezogener Daten liefert das System nun, der Computer-Tomografie (CT) vergleichbar, zusätzlich positionsbezogene Signale zur eindeutigen Zuordnung.

Diese Signale ermöglichen Generierung von 3D-Datensätzen des Bauteils beziehungsweise dessen Aufbaus. Damit entstehe eine sehr genaue 3D-Landkarte des Bauteils. Im Detail bedeute das die Ermittlung charakteristischer Eigenschaften des Schmelzbades. Dazu zählt laut Concept Laser die Fläche und Intensität des Schmelzbades, die über zwei Detektoren, Kamera und Photodiode, mit hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung untersucht werden kann.

Koaxiale Integration bringt es auf den Punkt

Der neue Ansatz basiert auf einer Erweiterung der 2D-Inspektion in den 3D-Raum, mit einer koordinatenbezogenen Datenerfassung der Schmelzbadwerte. Zur Beurteilung der neuen Methode von QMmeltpool 3D kann man sich die aktuellen QS-Ansätze am Markt anschauen. Klassische Off-axis-Inspektionen weisen eine geringere Auflösung und eine niedrigere Erfassungsrate auf. Zum Einsatz kommt beispielsweise eine infrarot-sensitive Kamera, welche außerhalb der Prozesskammer – also ex situ - positioniert ist. Vorteil dieser Ex-situ-Lösung ist die einfache Systemintegration von Anlage und Kamerasystem. Ein Off-axis-Aufbau ermöglicht Aussagen über das gesamtheitliche Aufschmelz- und Abkühlverhalten. Eine detaillierte Aussage über das Schmelzbad ist jedoch nicht ableitbar. Der On-axis-/In-situ-Aufbau beruht auf einer koaxialen Anordnung der Detektoren. Als Detektoren kommen eine Kamera und eine Photodiode zum Einsatz, die dieselbe Optik nutzen, wie der Laser. Diese koaxiale Integration ermöglicht eine hohe koordinatenbezogene 3D-Auflösung von 35 µm.

Die Erkennungsrate ergibt sich aus der Scan-Geschwindigkeit. Liegt diese bei 1000 mm/s, so ergibt sich 100 µm, also die Distanz, für die je eine Aufnahme erzeugt wird. Bei 2000 mm/s liegt der Wert bei 200 µm. Die Abtastrate der Kamera gibt Concept Laser mit >10 kHz und 50 kHz für die Photodiode an. Die koaxiale Anordnung hat den Vorteil, dass die Schmelzbademissionen stets auf einen Punkt der Detektoren fokussiert werden und der Bildausschnitt verkleinert und somit auch die Abtastrate erhöht werden können. Eine detaillierte Analyse der Schmelzbadcharakteristika ist so möglich.

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