Qualitech AG: Qualitätssicherung in der additiven Fertigung 3D-Druck braucht angepasste QS

Autor / Redakteur: Konrad Mücke / Konrad Mücke

Speziell beim additiven Fertigen sind zahlreiche Werkstoff- und Prozessparameter zu prüfen und zu messen. Nur so kann man sichere Prozesse verwirklichen und hochwertige Bauteile bei gleichbleibender Qualität herstellen. Spezifisch angepasste Mess- und Prüfverfahren sind dafür notwendig.

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Markus Hitz, Projektleiter Industrielle Computertomografie bei Qualitech in Mägenwil.
Markus Hitz, Projektleiter Industrielle Computertomografie bei Qualitech in Mägenwil.
(Bild: Qualitech AG)

Inzwischen gibt es einige Normen, beziehungsweise Normentwürfe, hinsichtlich Qualitätssicherung bei additiven Fertigungsverfahren und additiv hergestellten Bauteilen. Die darin enthaltenen Vorgaben dienen dazu, die Reproduzierbarkeit zu verbessern und zu gewährleisten. Allerdings sind noch zahlreiche Details zu bestimmen. Dies betrifft das Prüfen der Pulver beim Selektiven Laser Schmelzverfahren (Selective Laser Melting SLM), die Untersuchung der Mikrostruktur, das Messen von Geometrien und von Konturen unter anderem im Inneren hohlgeformter Bauteile..

Bekannte Verfahren weiterentwickeln

Zunächst nutzt man dazu die bereits bekannten, klassischen Verfahren zur Werkstoff- und Bauteilprüfung, wobei zusätzlich auf spezielle Merkmale der additiven Fertigung eingegangen wird. Somit können Pulver auf spezifische Parameter analysiert und beispielsweise zerstörungsfrei die Qualität der Bauteile, sowohl werkstofftechnisch, als auch metrologisch bestimmt werden. Hierauf hat sich die Qualitech AG in Mägenwil spezialisiert. Sie bietet Dienstleistungen rund um die QS für den Pre- und den Postprozess bei der additiven Fertigung. Ersteres betrifft speziell das Pulver und die Pulveraufbereitung, letzteres die werkstofftechnologischen und die geometrischen Eigenschaften der Bauteile.

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Augenschein und geometrisches Messen

Insbesondere die genaue Analyse der gefertigten Bauteile ermöglicht Rückschlüsse auf Prozessparameter beim Laser-Schmelzverfahren. Diese können sodann variiert und mit Hilfe weiterer Analysen und Prüfungen optimiert werden.

Eine erste augenscheinliche Analyse ist der einfachste und effektivste Schritt um offensichtliche Probleme im Bauprozess zu erkennen und wird von den Herstellern der Bauteile in den meisten Fällen selbst durchgeführt. Beispielsweise sind Versatz, Anlauffarben oder auch Schweissspritzer auffällige Indizien für eine notwendige Optimierung des Prozesses. Auch ein möglicher Verzug, darstellbar durch das exakte Vermessen der Bauteilgeometrie z.B. mittels industrieller Computertomographie, kann auf eine möglicherweise nicht korrekte Temperaturverteilung im Bauraum zurückgeführt werden.

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Weiterreichende Analysen ermöglicht vor allem die zerstörungsfreie Prüfung mit der industriellen Computertomografie. Derart sind beispielsweise Lunker und anderweitige Fehlstellen im Gefüge zu erkennen. Diese können aufgrund eines unzureichenden Pulverauftrags oder fehlerhafter Laserparameter entstehen. Auch das Pulver selbst kann aufgrund unpassender oder zu stark variierender Partikelgrössen solche Fehler verursachen.

Weitere Mikrostrukturanalysen können zerstörend durchgeführt werden. Man trennt das Bauteil an den betreffenden Stellen und kann dann anschleifen und ätzen, um unter dem Licht- oder Elektronenmikroskop das Gefüge zu betrachten.

Härte, Festigkeit und Dehnung

Ebenso zerstörend laufen Messungen und Prüfungen zur Festigkeit, Dehnung und Härte. Dabei arbeitet man mit den bekannten klassischen Verfahren. Beim Messen der Härte nutzt man die Eindringverfahren mit beispielsweise Pyramiden. Aus 3D-gedruckten Bauteilen kann man wahlweise die bekannten Zugproben fertigen oder lediglich kritische Bereiche aus dem Bauteil heraustrennen und diese für Zugproben nutzen.

Da die Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile nach dem bisherigen Stand der Technik abhängig von einer Vielzahl an Parametern deutlich variieren können, ist eine Prüfung mit den unterschiedlichen Verfahren für jedes Auftragslos mehr oder weniger geboten. Dabei können Fertigungsbetriebe auf das besondere Know-how und die umfassende Ausstattung mit den erforderlichen Mess- und Prüfgeräten eines Dienstleisters wie der Qualitech AG in Mägenwil vertrauen.

Der Bericht basiert auf Informationen aus einem Fachreferat von Markus Hitz, Projektleiter Industrielle Computertomografie bei Qualitech in Mägenwil (Bauteilreferenz: KTI CSEM-BFH-SIPBB-ProtoShape). SMM

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