Qualitätssicherung für Additive Fertigung

TURN ON THE LIGHT IN YOUR PROCESS!

 

plasmo hilft dabei, den additiven Fertigungsprozess besser zu verstehen und gewährt mit seinen Qualitätssicherungslösungen tiefe Einblicke in die jeweiligen Bauteile.

Unsere Kunden nutzen die große Freiheit in der Gestaltung ihrer Bauteile sowie die schnelle Umsetzbarkeit im Prototypenbau bei additiven Verfahren.
Die additive Fertigung mit Metallen oder Kunststoff bietet Unternehmen neue Möglichkeiten mit hohen geometrischen Freiheiten. Um den Herstellungsprozess in der Serienproduktion der additiven Fertigung optimal nutzen zu können, gilt es wesentliche Voraussetzungen zu erfüllen

Neben dem Verständnis für die Fertigungsverfahren ist das Wissen der erreichbaren, richtungsabhängigen mechanisch-technologischen Eigenschaften der Bauteile sowie der Anwendung geeigneter Qualitätssicherungssysteme unerlässlich. Auf diese Weise können fehlerhafte Teile bereits während ihrer Herstellung erkannt werden. Einsatz finden die additiven Verfahren in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, Energietechnik, Petrochemie, der Automobilindustrie, dem Werkzeug- und Formenbau sowie der Medizintechnik.

Die langjährige Erfahrung von plasmo im Bereich der thermischen Fügeverfahren lässt sich auf die additive Fertigung sehr gut übertragen. Die spezielle Adaption der QS Systeme für die additive Fertigung wird bereits seit 2010 bei plasmo entwickelt und umgesetzt und mit industriellen und wissenschaftlichen Partnern in vielen Kooperationsprojekten unterstützt. Bereits seit 2016 sind im Bereich Powder Bed Fusion kommerzielle plasmo Systeme auf dem Markt im Einsatz

plasmo Qualitätssicherungssysteme unterstützen Kunden und sorgen dabei nicht nur für die notwendige Sicherheit, sondern bieten auch viele andere Vorteile, beispielsweise die Reduktion von Prüfkosten. Hierbei hat plasmo eine klare Vision für die Zukunft: Für die beiden Anwendungsbereiche Powder Bed Fusion und Direct Energy Deposition gemeinsam mit Anlagenherstellern neue Konzepte zu entwickeln. Neben intelligenteren Bauprozessen (z.B. Feedforward Control) arbeitet plasmo mit Anlagenherstellern und der wissenschaftlichen Community an der rascheren, nachhaltigen Qualifizierung von Prozessen und deren Standardisierung.

Additive Verfahren – PBF und DED

Additive Fertigungsverfahren lassen sich in pulverbettbasierte Verfahren (Powder Bed Fusion/PBF) und Auftragsschweiß-Verfahren (Direct Energy Deposition/DED) – z.B. Laser Metal Deposition oder drahtbasierte Verfahren – unterteilen. Welches Herstellungsverfahren genutzt wird, darüber entscheidet unter anderem die Größe der Strukturen der Bauteile. PBF ermöglicht kleinere Strukturen bei kleineren Volumina, DED Verfahren ermöglichen üblicherweise größere Volumina bei höheren Auftragsraten.

Durch die Komplexität der Aufgaben in beiden 3D Druckverfahren ist eine Qualitätssicherung unerlässlich und wird von vielen Unternehmen standardmäßig gefordert. Qualitätskriterien wie Festigkeit, Maßhaltigkeit und Oberflächengüte können, je nach Prozessparametern und Anforderung, durchaus in beiden Verfahren vergleichbar sein. Die unterschiedlichen Fertigungsprozesse erfordern jedoch unterschiedliche QS Systeme, basierend auf gleichen physikalischen Prinzipien.

Qualitätssicherung für das Auftragsschweißen (DED)

Beim Direct Energy Deposition Verfahren ermöglichen plasmo Systeme durch sensor- und kamerabasierte Technologien (processobserver, plasmoeye, profileobserver) die Erkennung von Prozessunregelmäßigkeiten. Zusätzlich werden Bearbeitungspositionen sowie die Anlagen- und Prozessparameter erfasst.

Der processobserver erfasst die Prozessemissionen im sichtbaren und nahen Infrarotbereich und ermöglicht so die Detektion von Fehlern bzw. Abweichungen. Das kamerabasierte System „plasmoeye“ermöglicht die bildhafte Darstellung und Dokumentation des DED Prozesses in Echtzeit, wobei Kenngrößen aus dem Schmelzbad und/oder weitere geometrische Kenngrößen bestimmt werden. Unter Verwendung von Kameras im nahen Infrarotbereich werden Temperaturverteilung und Abkühlung im erstarrten Bereich bewertet, um Rückschlüsse auf die Qualität zu ziehen. Weiterhin werden Möglichkeiten zur Prozessregelung durch die Erfassung des IR-Spektrums erarbeitet.

Mit den plasmo System profileobserver wird die Geometrie je Layer/ Schicht bzw. die Geometrie des gesamten Bauteils bestimmt. Dies ergibt die Möglichkeit, neben der Lagekontrolle des Bearbeitungskopfes von Schicht zu Schicht die Maßheitigkeitskontrolle und Anzahl der benötigten Schichten zu bestimmen. Je nach Qualitätskriterien können flexibel die unterschiedlichen plasmo Prüfsysteme kombiniert werden, um die passende Prüfmethode bei DED Verfahren für unterschiedlichste Applikationen zu finden.

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Qualitätssicherung für Powder Bed Fusion (PBF)

Für das PBF Verfahren wurden in Zusammenarbeit mit der Firma EOS mehrere Qualitätsüberwachungssysteme entwickelt und erfolgreich am Markt platziert: EOSTATE PowderBed, EOSTATE MeltPool und EOSTATE ExposureOT. Diese bieten tiefe Einblicke in die jeweiligen Bauteile in Echtzeit. Auf diese Weise können Fehler in Bauteilen erkannt und der Bauprozess gestoppt werden, wenn ein Fehler erkannt wird.

EOSTATE PowderBed überwacht den Pulverauftrag in jeder Schicht mittels Kamera und den korrekten Belichtungsvorgang nach Beendigung dessen und ermöglicht so eine Regelung der aufgetragenen Pulvermenge.

EOSTATE MeltPool erfasst die Prozessemissionen im sichtbaren und nahen Infrarotbereich und ermöglicht so die Detektion von Prozessunregelmäßigkeiten bei höchster geometrischer und zeitlicher Auflösung.

EOSTATE ExposureOT ermittelt die Temperaturstrahlung der im Bauprozess aufgetragenen Schichten im nahen Infrarotbereich und detektiert so Prozessunregelmäßigkeiten im thermischen Abbild des Belichtungsprozesses inklusive des thermischen Gedächtnisses der darunterliegenden Schichten.