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21.11.2017 | Additive Fertigung | Nachricht | Onlineartikel

Qualität im 3D-Druck automatisiert sichern

Autor:
Nadine Klein

Bisher lassen sich Reproduzierbarkeit und Sicherheit bei additiv gefertigten Bauteilen nicht garantieren, da keine festen Normen für die Qualitätssicherung existierten. Deshalb hat das Fraunhofer IPA ein System entwickelt, mit dem sich die Qualität schon während des Drucks automatisiert prüfen lässt.

Mit dem 3D-Druck lassen sich individualisierte Werkstücke mit komplexen Geometrien und integrierten Funktionalitäten fertigen. Hinzu kommt, dass der Produktionsprozess vollständig digital gesteuert wird. Losgröße 1, die Industrie 4.0 anstrebt, lasse sich damit prinzipiell realisieren, meint Wissenschaftlerin Simina Fulga-Beising vom Fraunhoer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Bislang hat die additive Fertigung aber noch einen Haken: die Qualität. "Für die gesamte Qualitätssicherung gibt es noch keine fest etablierten Normen", kritisiert Fulga-Beising. Sicherheit und Reproduzierbarkeit lassen sich deshalb nicht garantieren. Hinzu kommt, dass fehlende Qualitätskontrollen während des Drucks hohe Kosten für das Unternehmen verursachen. "Der Drucker arbeitet völlig autark. Im schlimmsten Fall bemerkt man den Fehler erst, wenn das Bauteil fertig ist. Da ist die Maschine aber schon viele Stunden gelaufen und es wurde viel Material und Energie verschwendet", bemängelt die Forscherin. Den Vorgang von einem Techniker überwachen zu lassen, wäre angesichts der hohen Maschinenlaufzeit zu teuer.

Maschinelles Sehen als Schlüsseltechnologie

Mit IQ4AP hat das Fraunhofer IPA ein System entwickelt, das die Qualität im 3D-Druck inline automatisiert kontrolliert. Die Anwendung basiert auf einer Blackbox, die eine Kamera, Beleuchtung und Belüftung enthält. Schlüsseltechnologie ist das maschinelle Sehen. Ein Kamerasystem scannt die frisch aufgetragenen Pulverschichten und die gesinterten Schichten direkt im Prozess. Anschließend werden die Bilder mit mehreren Algorithmen geprüft. "Grobe und feine Defekte werden sofort erkannt. Sogar die Merkmale der gesinterten Schicht, wie zum Beispiel Längen oder Lochdurchmesser, können inline gemessen werden. Man erhält damit ein Bauteilqualitätsprotokoll auf Schichtebene", so die Wissenschaftlerin. Auch Toleranzen lassen sich festlegen.

Den Prototyp für das Inline-Qualitätskontrollsystem haben die IPA-Wissenschaftler 2016 im Rahmen des Applikationszentrums Industrie 4.0 realisiert. Die Hardware kostet dem Anwender 2500 €, ist maschinenunabhängig und kann an jeden beliebigen 3D-Drucker andocken. Theoretisch lässt sich das Modul auch für die Qualitätskontrolle im Metallbereich adaptieren. Ein entsprechendes Soft- und Hardwarekonzept hat Fulga-Beising in ihrer Dissertation entwickelt. Außerdem ist IQ4AP modular aufgebaut und lässt sich damit problemlos erweitern. Jetzt sucht das IPA nach Partnern, die das System testen und in gemeinsamen Projekten bedarfsgerecht integrieren wollen.

In der weiteren Entwicklung soll das System durch maschinelles Lernen selbst beurteilen, was der Fehler für den Druckprozess bedeutet. Dazu gehört, nicht nur zu entscheiden, ob er gestoppt werden soll, sondern auch Rückschlüsse zu ziehen und das Verfahren zu optimieren. "Auf dem Weg zur selbststeuernden Produktion ist das ein wichtiger Schritt", meint Fulga-Beising.

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