Qualitätskontrolle in der additiven Fertigung 

Mit industrieller Computertomographie

Qualitätskontrolle in der additiven Fertigung


Die additive Fertigung, oft auch 3D-Druck genannt, ist der am schnellsten wachsende Sektor der Fertigungstechnik. Fast täglich entstehen neue Materialien, Prozesse und Maschinen. Der Erfolg ist unbestreitbar und der 3D-Druck hat eine große Zukunft. Mit dem 3D-Druckprozess öffnet sich aber auch die Tür für neuartige Fehler in der Fertigung.

Da Produkte hoher Komplexität bei kleiner Stückzahl den Sweetspot der Technologie darstellen, kommen die ersten Anwender aus Branchen wie der Luftfahrt, der Medizin und dem Militär. Sie haben hohe Qualitätsanforderungen,  Sicherheitsansprüche und die Notwendigkeit, Prozesse zu zertifizieren.

Die Herausforderung

Der Fortschritt im generativen Design, in Topologieoptimierung, Leichtbau-Gitterstrukturen und der Simulation ermöglichen komplexere Bauteile. Die mögliche Komplexität im 3D-Druck ist ein großes Problem für traditionelle Prüfmethoden. Angesichts von mehr als 50 Parametern, die das Ergebnis eines Metalldrucks beeinflussen können, ist die Qualitätssicherung im 3D-Druck eine Herausforderung.

Neue Technologien verlangen nach Prüfmethoden, welche die neuen Möglichkeiten und Herausforderungen adressieren. Additiv gefertigte Produkte müssen umfassend geprüft werden, um sie für die Nutzung in kritischen Bereichen zertifizieren zu können. Die beste Methode ist Computertomographie (CT). Sie ist die einzige zuverlässige Technologie, um 3D-Druck-Defekte zu identifizieren und somit bestmögliche Qualität sicherzustellen.

Die Volume Graphics Lösung: 3D-Druck-Prüfung — vom Rohmaterial bis zum Bauteil

VGSTUDIO MAX ermöglicht es Ihnen, das Rohmaterial zu analysieren, das Schmelzbad zu überprüfen und mit den CT-Daten zu vergleichen und sowohl dimensionelle Messtechnik als auch Defektanalysen am und im fertigen Bauteil durchzuführen.

Daher ist VGSTUDIO MAX ein universelles Werkzeug, um die wichtigsten 3D-Druck-Defekte zu identifizieren, angefangen beim Rohmaterial über den Fertigungsprozess bis hin zur Nachbearbeitung. Egal wie komplex die Form auch sein mag, Volume Graphics ermöglicht es Ihrer Qualitätssicherung, die Prozesse freizugeben und Ihr additiv gefertigtes Bauteil zu inspizieren.

Ein durch selektives Laserschmelzen hergestelltes Bauteil (Bild mit freundlicher Genehmigung der FIT AG)

Vorteile

Volume Graphics gibt Ihnen ein umfassendes Werkzeug für Ihre Qualitätskontrolle in der additiven Fertigung an die Hand, das Ihnen aufschlussreiche Ergebnisse liefert und hilft, effiziente Arbeitsabläufe zu etablieren:

Die Volume Graphics Lösung im Detail

Additive Fertigung – Pulveranalyse

Pulver ist die Basis für viele additiv gefertigte Teile. Größe und Formverteilung von neuen und recycelten Pulverpartikeln beeinflussen den Fertigungsprozess. Die Beschaffenheit des Pulvers beeinflusst die Aufbringung und das Verschmelzen und kann Defekte auslösen, die im Bauteil deutlich zu erkennen sind. Pulververunreinigungen, Lufteinschlüsse, Partikelgröße und -form können mit VGSTUDIO MAX automatisch für Zehntausende von Partikeln analysiert werden.

Morphologische Analyse eines Metallpulvers: Volumen, Oberfläche, Sphärizität, Kompaktheit, Korngrößenverteilung (Bilder mit freundlicher Genehmigung von TPW Prüfzentrum)

Offenzellige Stege eines Schaumstoffs (Bilder mit freundlicher Genehmigung von TPW Prüfzentrum)

Materialkornzellen eines Schaumstoffs (Bilder mit freundlicher Genehmigung von TPW Prüfzentrum)

3D-Druck-Defekt: Porosität

Metalldruck basierend auf Pulver ist dem Schweißen sehr ähnlich und damit ebenfalls mit Herausforderungen wie Poren und Rissen konfrontiert. Daher muss das Endprodukt auf seine strukturelle Integrität untersucht werden. Die CT-basierte Defektanalyse identifiziert Hohlräume und Einschlüsse und berechnet deren Größe und Form. Das Filtern der Defekte nach Sphärizität, Kompaktheit oder Abstand zur Außenfläche erlaubt eine Unterscheidung nach Defektart.

CT based defect analyses can be used to identify individual voids and inclusions and determine their sizes and shapes (Density cube 10x10x10 mm, AlSi10Mg; Source: FIT AG)

CT-basierte Defektanalysen können genutzt werden, um einzelne Hohlräume und Einschlüsse zu identifizieren und deren Größen und Formen zu bestimmen (Density Cube 10x10x10x10 mm, AlSi10Mg; Bild mit freundlicher Genehmigung der FIT AG).

Schmelzbad-Analyse

Die Schmelzbad-Analyse liefert Schicht-basierte Informationen über Temperatur, Geometrie und andere physikalische Parameter während des Herstellungsprozesses. Das Schmelzbad kann mit den zugehörigen CT-Daten verglichen werden. Auffällige Bereiche im Schmelzbad können als Regionen von besonderem Interesse extrahiert werden, um sie einer intensiveren Qualitätsanalyse mittels CT zu unterziehen. 

Ablauf einer Schmelzbadanalyse: Die beiden oberen Bilder in der Mitte zeigen die CAD-Konstruktion der Kugel mit Fehlern und das fertige Produkt. Auf der rechten Seite befinden sich die QM Meltpool 3D-Bilder, auf der linken Seite die Ergebnisse des CT-Scans. Die unteren sechs Abbildungen zeigen den Zusammenhang zwischen den Defekten, die von den beiden Technologien vorhergesagt und dann identifiziert wurden (Bild: Sintavia).

Dimensionelle Messtechnik

Dimensionelle Abweichungen entstehen auch im 3D-Druck und führen zu komplexen Verformungen. VGSTUDIO MAX bietet die komplette dimensionelle Messtechnik, angefangen bei komplexen Ausrichtungen bis zu flexiblem Reporting. Maße sowie Form- und Lagetoleranzen können automatisch auf CT- und Netzdaten angewendet werden. 

Damit und durch 3D-Vergleiche sowie Wandstärken- und Flächenprofilanalysen ermöglicht VGSTUDIOMAX eine vollständige Erstmusterprüfung und unterstützt Sie damit, Ihren additiven Herstellungsprozess zu zertifizieren. VGSTUDIO MAX kann auch Geometrien aus der 3D-Druck-Simulation vermessen und so dabei helfen, die richtigen Parameter für Ihren Herstellungsprozess zu finden.

Messungen an einem additiv gefertigten Teil

Strukturmechanik-Simulation

VGSTUDIO MAX erlaubt die Strukturmechanik-Simulation (SMS) direkt auf CT-Scans. Last- und Randbedingungen werden auf das CT-gescannte Bauteil aufgebracht, nicht nur auf das CAD-Modell. Spannungsspitzen durch geometrische Abweichungen und Poren können simuliert und visualisiert werden, ohne Volumennetze erzeugen zu müssen.

Visualisierte Kraftlinien in einem additiv gefertigten Teil, berechnet mit Hilfe von VGSTUDIO MAX