Schnell-Check So beurteilt man die Qualität von 3D-Druckern sicher und schnell

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Am Fraunhofer-IPA hat man ein Referenzbauteil plus passendem Bewertungssystem für das 3D-Drucken von Kunststoffen entwickelt, um die Qualitätsbeurteilung einfacher zu machen. Und so geht`s ...

Referenzbauteile eignen sich gut zur unkomplizierten Beurteilung der Qualität von 3D-Druckern, sagen die Experten vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Zu beantworten sind die Fragen: Sind die Oberflächen glatt und die Schichten gut miteinander verbunden? Wie sieht die Füllstruktur aus? Wirkt es stabil und wertig? Schwierig werde es dennoch, wenn die einzelnen Prüfgeometrien der Referenzbauteile objektiv bewertet werden sollen, weil es kein klar definiertes Bewertungssystem dafür gebe. Ein spezielles Referenzbauteil mit einem zugehörigen Bewertungssystem für das Kunststoff-3D-Druckverfahren Materialextrusion kann helfen, heißt es weiter. Außerdem können Anwender die Qualität des Referenzbauteils bei Bedarf auch quantitativ bewerten, indem sie zum Beispiel prüfen, ob das gefertigte Bauteil die vorgegebenen Maße einhält.

Mit 17 Prüfgeometrien zur exakten Bewertung

Das Referenzbauteil (links im Aufmacherbild) enthält unterschiedliche nachprüfbare Geometrien, die auf Basis der VDI-Richtlinie 3405 3.2 (Entwurf) entwickelt wurden. Sie bewertet Materialien und Maschinen für den 3D-Druck – auch bekannt als additive Fertigung – mit Prüfgeometrien. Dabei wird eine Reihe von Prüfgeometrien vorgestellt, mit deren Hilfe additive Fertigungsverfahren validiert werden können.Zu diesen sogenannten Prüfgeometrien zählt etwa der minimale Neigungswinkel freistehender Wände oder der minimale senkrechte Lochdurchmesser. Insgesamt wurden 17 Prüfgeometrien integriert. Die Grundfläche des Referenzbauteils beträgt 70 Millimeter × 70 Millimeter, wie man erfährt.

Entwickelt wurde das Referenzbauteil insbesondere für das 3D-Druckverfahren Materialextrusion, kurz MEX genannt, bei dem Kunststoffschmelze über eine sich drehende Förderschnecke durch eine Düse gedrückt und schichtweise das Bauteil in Z-Richtung aufbaut. Die Energie der nachfolgenden Schicht reicht aus, damit sie mit der darunterliegenden Schicht verschmilzt respektive verschweißt. Ist das Bauteil abgekühlt, liegt also ein stabiles Objekt vor.

Zur Beurteilung der Qualität von 3D-Druckern müssten die Anwender das Referenzbauteil zuerst mit vorgegebenen Fertigungsparametern wie zum Beispiel 0,15 Millimeter Schichthöhe und 0,4 Millimeter Düsendurchmesser anfertigen. Anschließend kann man die Prüfgeometrien des gefertigten Referenzbauteils mit dem Bewertungssystem abgleichen.

Zu guter Letzt kann mithilfe eines 3D-Scanners eine quantitative Abweichungsanalyse vorgenommen werden. Das gescannte Referenzbauteil wird dabei mit dem originalen CAD-Modell verglichen. So werden etwaige Abweichungen für jede Prüfgeometrie exakt ermittelbar, sagen die Experten. Ebenso könne auch eine quantitative Bewertung des sogenannten Schwingungstests erfolgen. Anhand der entsprechenden Prüfgeometrie kann bestimmt werden, wie stark sich die Schwingungen (umgangssprachlich Ghosting) des 3D-Druckers auf das Bauteil übertragen haben. Mit einem entsprechenden Messgerät wird das Wellenprofil dieser Schwingung erfasst und exakt vermessen. Das Referenzbauteil mit dem zugehörigen Bewertungsschema ist hier ab sofort kostenfrei

verfügbar.

Nun gilt es, eine Datenbank aufzubauen ...

Die IPA-Experten wollen die Bewertungsergebnisse übrigens künftig sammeln, um sie dann in eine Datenbank für unterschiedliche Materialen sowie 3D-Drucker zu überführen. Wer seine Bewertungsergebnisse mit dem IPA teilen möchte oder laufende Informationen zum Thema Qualitätssicherung im 3D-Druck wünscht, kann gerne der bereits existierenden Linkedin-Gruppe beitreten.

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