Laser-Speckle-Photometrie 3D-Druck in Echtzeit überwachen

Im Projekt »AddiLine« entsteht ein prozessintegriertes Prüfsystem, das die Qualität der 3D-gedruckten Komponente beim Entstehen in Echtzeit überwacht.
Im Projekt »AddiLine« entsteht ein prozessintegriertes Prüfsystem, das die Qualität der 3D-gedruckten Komponente beim Entstehen in Echtzeit überwacht.

Mittels des thermoplastischen 3D-Drucks lassen sich auch Keramiken und Hartmetalle verdrucken. Kommt es beim Druck zu Fehlern, kann es teuer werden. Ein neues Prüfsystem soll künftig Unregelmäßigkeiten bereits während des Druckvorgangs erkennen und den Bauteilaufbau zeitnah stoppen.

Additive Fertigungsverfahren sind aus der Industrie nicht mehr wegzudenken. Ein noch recht neues Verfahren ist der am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS entwickelte „Thermoplastische 3D-Druck“, der auch Keramiken und Hartmetalle verarbeiten kann. 

Für eine hohe Prozessstabilität und Qualität der Bauteile ist also eine detaillierte Inline-Prozesskontrolle essentiell. Bisherige Lösungen produzieren jedoch zu hohe Datenmengen, deren Auswertung viel Zeit in Anspruch nimmt. Zudem können sie keine definierten Materialparameter wie etwa Porosität oder Defekte prüfen, auf die der Fertigungsprozess abgestimmt werden muss.

Im gerade gestarteten Projekt »AddiLine«…

...qualifizieren nun fünf Projektpartner neben einer Kontrolle der Materialabgabe beim Drucken die Laser-Speckle-Photometrie für die Überwachung des thermoplastischen 3D-Drucks. 

Ziel ist es, ein Messsystem mit zwei Komponenten zu entwickeln. Die erste Komponente überwacht mittels Lichtschranke, ob das zu verdruckende Material den Drucker tatsächlich verlässt. Dies ist Voraussetzung für eine korrekte Anbindung der Materialtropfen untereinander, so dass keine Lufteinschlüsse entstehen. Die zweite Komponente, die integrierte Laser-Speckle-Photometrie (LSP), prüft berührungslos die vorher festgelegten Parameter der entstehenden Struktur in Echtzeit.

Die zu entwickelnde berührungslose Prüftechnik…

...soll als kostengünstiges System mit flexiblem und robustem optischen Aufbau realisiert werden. Um dessen Einsatz unter Produktionsbedingungen zu testen, wird das modulare System mit beiden Komponenten in eine T3DP-Anlage integriert. 

»Der Anlagendemonstrator bildet so die Grundlage für eine völlig neuartige additive Fertigungstechnologie, die die Herstellung für ein breites Materialspektrum hochwertiger Single- und Multimaterial-Bauteile ermöglicht«, fasst Dr. Beatrice Bendjus, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer IKTS, zusammen.

Neben dem Fraunhofer-Institut…

...für Keramische Technologien und Systeme IKTS  wirken auch die Industriepartner Hoyer Montagetechnik, Vermes Microdispensing, Thomas Werner Industrielle Elektronik und viimagic im Projekt mit.

Die Partner sind optimistisch, dass mit dem Prüfsystem zukünftig verschiedene Materialgruppen auf weitere physikalische, mechanische sowie thermische Eigenschaften untersucht werden können. Damit sollen neue Impulse für den Einsatz des Verfahrens in der Keramikindustrie, für Bohr- und Fräswerkzeuge, aber auch in der Medizin sowie dem Maschinen- und Anlagenbau gegeben werden.

Das Projekt »Lasergestützte Inline-Überwachung der additiven Fertigung von Keramiken und Hartmetallen« läuft bis zum Frühjahr 2021 und wird innerhalb der Fördermaßnahme »Photonik für die flexible, vernetzte Produktion – Optische Sensorik« im Rahmen des Programms »Photonik Forschung Deutschland« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.