Qualitätssicherung beim 3D-Druck

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Die Idee des innovativen Qualitätssicherungssystems: Störungen im Herstellungsprozess, die zu Fehlern im Objekt führen könnten, sichtbar machen und in Form hochauflösender, hochdynamischer Bilder dokumentieren. Der Qualitätsingenieur des Kunden entscheidet dann anhand der Bilder, ob er ein Teil als gut oder Ausschuss klassifiziert – oder ob weitere Prüfungen nötig sind. „Die Entwicklung dieses Verfahrens auf Basis einer Vorentwicklung unseres Kunden MTU ist ein strategischer Schritt auf dem Weg zur Nutzung des Direkt-Metall-Lasersinterns für die Serienfertigung“, erklärt Matthias Geisbauer. „Denn insbesondere in der Medizintechnik sowie in der Luft- und Raumfahrt ist Qualitätssicherung während des Bauprozesses nicht nur notwendig, sie hilft auch, Zeit und Kosten zu sparen.“

Bei der MTU beispielsweise wird das System bereits in der Serienfertigung eingesetzt.

Jede Schicht wird lückenlos erfasst

Und so funktioniert die Qualitätsüberwachung mit Eostate Exposure OT in der Praxis: Beim Direkt-Metall-Lasersintern wird jeweils eine Schicht aus einem Metallpulver auf eine Bauplattform aufgebracht. Anschließend wandert ein Laserstrahl über das Pulverbett und verschweißt auf seinem Weg das Pulver in der Form des späteren Bauteils. Die dabei freigesetzte elektromagnetische Strahlung im Nah-Infrarot-Bereich zeichnet die pco.edge während des Prozesses auf – mit einigen Bildern pro Sekunde, die dann zu einem Gesamtbild pro Schicht zusammengesetzt werden. Abgebildet wird jeweils das komplette Pulverbett. So ist der Schweißprozess über die ganze Schicht lückenlos erfasst und dokumentiert.

„Da jedes Mal die komplette Bauplattform abgelichtet wird, entdecken wir auch Unregelmäßigkeiten, die sich außerhalb des Arbeitsbereichs des Lasers ergeben, beispielsweise dadurch, dass sich einzelne Partikel außerhalb des belichteten Bereichs im Pulverbett absetzen“, erklärt Geisbauer.

Ist eine komplette Schicht fertiggestellt, wird das jeweilige Gesamtbild in der externen Steuerungseinheit des Eostate-Exposure-OT-Systems von EOS abgespeichert, vollständig synchronisiert mit dem laufenden Bauprozess. Anschließend wird eine neue Pulverschicht aufgetragen und der Prozess läuft weiter. Ist das Bauteil fertig, beinhaltet das Monitoring-System ein dreidimensionales virtuelles Abbild des Objekts, das sich aus mehreren Tausend Bildern zusammensetzt.

Damit der Qualitätsingenieur nicht jede einzelne Schicht überprüfen muss, markiert die Software des Monitoring-Systems automatisch die Schichten, in denen es Indikationen für mögliche Fehler gibt. Dazu gleicht die Software die von der Kamera gemessene Strahlung unter anderem mit dem Wert ab, der im Rahmen der Qualifizierung des Herstellungsprozesses als Nominalwert gesetzt wurde. Wo das Bild heller (hot spot) oder dunkler (cold spot) ist als normal, besteht die Gefahr, dass eine Störung vorliegt. Das können Risse im Gefüge sein, Blasen, Pulvereinschlüsse, Einschlüsse von anderen Materialien oder Segregationen, bei denen die Verbindung der Schichten nicht vollständig war.

Solche Abweichungen, selbst wenn sie nur wenige Mikrometer klein sind, können die Festigkeit des Teils beeinträchtigen.

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Jede Schicht wird lückenlos erfasst