Messen im 3D- Druck

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Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Abteilung 4 Modellbiofilme in der Materialkunde (4)

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Fehler über mehrere Schichten identifizieren

Aber auch Unternehmen arbeiten auf eine Prozesskontrolle hin. So hat Dr. Jochen Schell von Polytec im Rahmen eines Vortrags auf der Messe EAM – Experience Additive Manufacturing im vergangenen September angekündigt, dass sein Unternehmen an einem In-situ-­Messverfahren arbeite. Auf der Formnext 2019 stellt das US-amerikanische Unternehmen Sigma die Version 5.1 seines Produkts Printrite3D vor. Die Software zur Echtzeitanalyse ist für SLM-Verfahren geeignet und nutzt thermische Messwerte aus dem Schmelzbad, um Anomalien für jede Bauschicht zu erkennen und vorherzusagen. Eine der neuen Funktionen von Printrite3D ist die automatisierte Anomalieerkennung in der Z-Achse, die thermische Fehler identifiziert, die sich über mehrere Schichten ausbreiten.

Viele Anwender nutzen zur Prüfung des gedruckten Bauteils die Geräte, die sie auch für konventionell gefertigte Bauteile verwenden. Auch Auftragsfertiger verfahren so. „Aufträge, bei denen sehr hohe Anforderungen wie häufig bei Spritzguss-Bauteilen an Form, Lage und Maßgenauigkeit gestellt werden, haben wir eher selten in der Additiven Fertigung”, sagt Nett. „In diesen Fällen nutzen wir die gleiche Prüf- und Messtechnik, die wir auch bei Spritzgussverfahren verwenden.” Nach dem Druck ziehen einige Verfahren Wärmebehandlungen nach sich. Dabei können thermische Spannungen dazu führen, dass sich Merkmale und Bohrungen in Form, Größe und ihrer Lage verändern. Koordinatenmessgeräte oder 3D-Scanning sind in solchen Fällen angebracht. 3D-Scanning empfiehlt sich auch zur Überprüfung der Maßhaltigkeit, die besonders dann wichtig ist, wenn das Bauteil in ein größeres Ganzes verbaut wird.

Andere Hersteller schwören auf Computertomografie. Diese kann bereits zum Prüfen des Pulvers eingesetzt werden. Aber besonders eignet sich die CT, um die inneren Strukturen eines additiv gefertigten Bauteils zu prüfen. Das BAM forscht diesbezüglich mit einem Synchron-µ-CT im Mikro­bereich, der Inhomogenitäten wie Risse und Hohlräume erkennt. So werden mechanische Belastungen untersucht und deren Auswirkungen auf die Bauteilsicherheit bestimmt. Gleichzeitig stellt man sich an der BAM aber auch die Frage, ob CT noch notwendig ist, wenn eine In-situ-Messung bereits die Merkmale für Fehler erkennt und diesen vorbeugt.

Auf der Formnext 2018 hatte General Electric einen Computertomografen dabei, der noch nicht auf die Bedürfnisse der Additiven Fertigung abgestimmt gewesen sei. Denn die Details in einem additiv gefertigten Bauteil seien mit 1/20 mm wesentlich feiner als die eines konventionellen mit 1/40 mm. Inzwischen liegt das Know-how bei der Tochter Baker Hughes, deren weiterentwickelte Computertomografen bei GE Aviation eingesetzt werden.

Enger tolerierte und qualitativ hochwertigere Bauteile per CT

Steffen Hachtel, Geschäftsführer von Hachtel Werkzeugbau, ist von der Technik so überzeugt, dass er auf der EAM einen Vortrag dazu hielt. Der Kunststoffverarbeiter stieg 2013 in die Additive Fertigung ein, seit 2007 arbeitet sein Unternehmen mit CT. Für ihn ist besonders die Formtreue beim 3D-Druck mit Kunststoffen ein Problem. Auch eine Reproduzierbarkeit ist nicht gegeben. Seit einem Jahr arbeitet Hachtel mit Hot Lithografy, einem der Stereolithografie (SLA) ähnlichen Verfahren, das hochviskose Harze bei 120 °C verarbeitet. Das Bauteil wird bei Hachtel mit dem CT geprüft und danach gegebenenfalls der Druck optimiert. „So erhalten wir enger tolerierte und qualitativ hochwertigere Bauteile“, sagt Hachtel.

Per Computertomografie erhält man eine komplette 3-dimensionale digitale Beschreibung des Bauteils und kann ins Innere sehen sowie Defekt- und Porenanalysen durchführen. „Mit einem einzigen Scan erhalten wir einen Überblick über die Formtreue und die Gefügestruktur”, hebt Hachtel die Vorteile hervor. Ebenso können Anlagen und Prozesse damit optimiert und kalibriert werden. Allerdings erfordert auch ein Umgang mit der Computertomografie Erfahrung.

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