Additive Fertigung

Inline und automatisiert

Anzeige
Für die Qualitätssicherung additiv gefertigter Bauteile gibt es noch keine Normen. Das Fraunhofer IPA hat ein System entwickelt, mit dem sich die Qualität schon während des Prozesses automatisiert prüfen lässt.

3D-gedruckte Bauteile sind laut der IPA-Wissenschaftlerin Simina Fulga-Beising die Hoffnungsträger von Industrie 4.0. „Sie vereinen Funktionalität, Flexibilität, Komplexität und Individualität“, ist sie überzeugt. Man kann damit individualisierte Werkstücke mit komplexen Geometrien und integrierten Funktionalitäten fertigen. Hinzu kommt, dass der 3D-Druck als einziger Produktionsprozess heute schon vollständig digital gesteuert wird. Losgröße 1, die Industrie 4.0 anstrebt, lässt sich damit prinzipiell realisieren.

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, die auf diesem Gebiet promoviert hat. Sicherheit und Reproduzierbarkeit lassen sich deshalb nicht garantieren. Gerade in Branchen wie zum Beispiel der Medizintechnik seien solche Vorgaben aber extrem wichtig. Hinzu kommt, dass fehlende Qualitätskontrollen während des Produktionsprozesses hohe Kosten für das Unternehmen verursachen.

„Der 3D-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“, so die Forscherin. Den Vorgang von einem Techniker überwachen zu lassen, sei angesichts der hohen Maschinenlaufzeit viel zu teuer.

Bildverarbeitung als Schlüsseltechnologie

Mit IQ4AP hat das Fraunhofer IPA ein System entwickelt, das die Qualität im 3D-Druck inline – also schon während der Fertigung – 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.

Der Maschinenbetreuer wird automatisch benachrichtigt, etwa per SMS oder E-Mail, und kann entscheiden, was zu tun ist. Auch Toleranzen wie zum Beispiel der maximale Abstand von Löchern lassen sich festlegen. Der Prozess ist damit validierbar. „Mit industrieller Computertomographie konnten wir die Ergebnisse des Inline-Qualitätskontrollsystems bestätigen“, freut sich Fulga-Beising.

Den Prototyp für das Inline-Qualitätskontrollsystem mit anpassbarer prozessintegrierter Sensormesstechnik am Beispiel des Selektiven Laser Sinterns (SLS) haben die IPA-Wissenschaftler im Jahr 2016 im Rahmen des Applikationszentrums Industrie 4.0 realisiert.

Kostengünstige und modulare Lösung

Die Hardware kostet Anwender gerade einmal 2500 Euro. Praktisch ist, dass IQ4AP maschinenunabhängig arbeitet und man es somit an jede beliebige Maschine für die additive Fertigung andocken kann. „So ist keine Kühlung notwendig, um die Hardware-Komponenten gegen die hohen Temperaturen im Druckbereich zu schützen. Das System hat somit ein ausgezeichnetes Preis-Leistungs- Verhältnis und ist sofort einsetzbar, ohne zeit- und kostenaufwendige Maschinenzertifizierungen“, fasst Fulga-Beising zusammen.

Theoretisch lässt sich das Modul auch für die Qualitätskontrolle im Metallbereich adaptieren. Ein entsprechendes Konzept für Software und Hardware 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. „Erste Anfragen gibt es schon“, freut sich die Forscherin.

Weg zur selbststeuernden Produktion

Die Arbeit am Inline-Qualitätskontrollsystem ist für Fulga-Beising aber noch lange nicht abgeschlossen. „Im nächsten Schritt soll das System durch maschinelles Lernen selbst beurteilen, was der Fehler für den Druckprozess bedeutet“, erklärt sie. 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.“, so die Wissenschaftlerin.


Forum „Qualitätssicherung in der additiven Fertigung“

Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA veranstaltet die Fachzeitschrift Quality Engineering am 13. März 2018 das erste Forum „Qualitätssicherung in der additiven Fertigung“ – und zwar beim Fraunhofer IPA in Stuttgart.

Das Forum wird alle Qualitätsprobleme entlang des Produktionsprozesses adressieren. – angefangen beim Qualitätsmanagement über die Mess- und Prüftechnik – also Normen und Standardisierung, Materialanalyse, Inline-Prozessmessung, Messtechnik für fertige Bauteile, dimensionale Toleranzen, Oberflächengüte, Ermüdungsprüfungen – bis hin zum Blick in die Zukunft: QS-Herausforderungen bei Multimaterial-Bauteilen, Künstliche Intelligenz für höhere Qualität sowie Qualität 4.0 für die Additive Fertigung durch maschinelles Sehen.

Experten aus Industrie und Wissenschaft, aus Praxis und Forschung berichten dabei über ihre Erfahrungen und Projekte. Eine Begleitausstellung rundet das Forum ab.

Eingeläutet wird die Veranstaltung am Vorabend, 12.3.2018, mit einem exklusiven Event bei Renishaw in Pliezhausen. Hier gibt es die Möglichkeit zu einer Führung durch das neue Solution Center für generative Fertigung von Renishaw einschließlich eines Workshops und anschließendem Abendessen. Kernkompetenz von Renishaw ist die industrielle Messtechnik, doch baut das Unternehmen seine Geschäftsfeld für generative Fertigung derzeit stark aus: Dazu gehören Laser-Fertigungssysteme – auf der Formnext wurde zum Beispiel die erste 4-Laser-Anlage vorgestellt – und Dienstleistungen, wie sie im Solution Center angeboten werden. Kunden können hier nicht nur neue Materialien ausprobieren, sondern erhalten die gesamte Bandbreite an Möglichkeiten, um marktfähige Bauteile additiv zu fertigen – angefangen bei Beratung bis hin zu Mietzellen mit den Maschinen für die Herstellung und Nachbearbeitung.

Mehr Informationen über das Forum sowie das Programm: http://hier.pro/AqU84

Eingeläutet wird das Forum am Abend des 12.3.2018 mit einem exklusiven Event bei Renishaw: Hier gibt es die Möglichkeit zu einer Führung durch das neue Solution Center für generative Fertigung einschließlich eines Workshops und anschließendem Abendessen. Bild: Renishaw
Anzeige

Industrieanzeiger

Titelbild Industrieanzeiger 25
Ausgabe
25.2019
LESEN
ABO

E.ON: Energie für Unternehmen

E.ON für Unternehmen

Energielösungen für Unternehmen

Video aktuell

Greiferintegration leicht gemacht: Die Zimmer Group zeigt, wie es geht.

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Tipps der Redaktion

Unsere Technik-Empfehlungen für Sie

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Aktuelle Whitepaper aus der Industrie

Unsere Partner

Starke Zeitschrift – starke Partner

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de