Qualitätssicherung in der additiven Fertigung
Die Additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, hat in den letzten Jahren eine Revolution in der industriellen Produktion ausgelöst. Die Möglichkeit, komplexe Bauteile schichtweise aufzubauen, hat die Konstruktionsmöglichkeiten erweitert und gleichzeitig die Produktentwicklungszyklen verkürzt. Doch die einzigartigen Herstellungsverfahren und Materialien stellen auch neue Herausforderungen an die Qualitätssicherung. Unvollständige Schichten, Poren, Risse und andere interne Defekte können die mechanischen Eigenschaften und die Lebensdauer der Bauteile erheblich beeinträchtigen.
Grundlagen des 3D-Drucks
Die additive Fertigung nutzt Schicht für Schicht aufgetragenes Material, um ein dreidimensionales Objekt zu erstellen. Dieses Verfahren ermöglicht es, komplexe Strukturen zu realisieren, die mit traditionellen Fertigungsmethoden schwer oder unmöglich zu erreichen wären. Traditionell wurde subtraktiv, also mittels Abtrags von Material zum Beispiel durch eine Fräsmaschine. Durch das neue Verfahren erfordert die Qualitätssicherung in der additiven Fertigung besondere Aufmerksamkeit, da die Materialeigenschaften und die Struktur der hergestellten Teile anders sein können als bei konventionell gefertigten Produkten.
Herausforderungen der Materialprüfung von additiv gefertigten Bauteilen
Die Materialprüfung von additiv gefertigten Bauteilen im 3D-Druck birgt verschiedene Herausforderungen aufgrund der spezifischen Herstellungsverfahren und Materialeigenschaften. Einige der Hauptprobleme und Herausforderungen sind:
Komplexe interne Strukturen
Porosität und Lunker
Oberflächenrauheit
Anisotropie
Materialqualität und Homogenität
Normen und Standards
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, sind fortschrittliche Prüftechniken wie Computertomographie (CT) und spezialisierte Röntgensysteme, die für die Additive Fertigung optimiert sind, besonders wichtig. Diese Technologien ermöglichen eine umfassende und zerstörungsfreie Analyse der internen Strukturen und Defekte in additiv gefertigten Bauteilen, um eine hohe Produktqualität und Zuverlässigkeit sicherzustellen. Zudem ist eine enge Zusammenarbeit zwischen Herstellern, Forschungseinrichtungen und Prüfexperten notwendig, um die Materialprüfung in der Additiven Fertigung kontinuierlich zu verbessern und den wachsenden Anforderungen gerecht zu werden.
Typische Fehlerbilder in der additiven Fertigung
Poren sind kleine Hohlräume oder Luftblasen im Inneren des Bauteils. Sie können durch unvollständiges Schmelzen des Materials, Gasentwicklung oder unzureichende Verdichtung der Schichten entstehen.
Lunker sind größere, unregelmäßig geformte Hohlräume im Bauteil, die durch unvollständiges Verschmelzen der Materialschichten oder ungleichmäßigen Materialfluss entstehen können.
Risse können während des Druckprozesses auftreten, insbesondere wenn es zu einer schnellen Abkühlung und Schrumpfung des Materials kommt.
Überhänge sind Bereiche, in denen das Material ohne Unterstützung gedruckt wird und aufgrund der Schwerkraft nach unten hängt. Dies kann zu Verzügen oder Verformungen führen.
Warping tritt auf, wenn sich das Bauteil während des Abkühlprozesses verzieht oder verformt. Dies kann aufgrund von Spannungen im Material oder ungleichmäßiger Abkühlung auftreten. Warping führt zu Geometrieabweichungen und möglicherweise Spannungsrissen.
Unebene oder unscharfe Kanten können durch ungenaue Bewegung der Druckdüse oder schlecht kalibrierte Druckparameter entstehen. Oberflächendefekte können auch durch ungleichmäßige Materialzufuhr oder Schichtadhäsion verursacht werden.
Wenn Schichten nicht korrekt verschmolzen oder abgeschieden werden, können Teile des Bauteils fehlen oder die Dichte der Schichten variiert.
Unreinheiten oder Verunreinigungen im Ausgangsmaterial können die Materialleistung und -integrität beeinträchtigen.
Schichtablösung bezeichnet das Ablösen von Schichten voneinander oder vom Druckbett, während Delamination das Ablösen von Materialschichten im Inneren des Bauteils beschreibt.
Fehler in der Materialzufuhr können zu Über- oder Unterextrusion führen, was die Maßgenauigkeit und Festigkeit des Bauteils beeinflusst.
Qualitätssicherung in der additiven Fertigung durch Röntgenprüfung und CT
Die Computertomographie (CT) bietet eine Vielzahl von Vorteilen bei der Prüfung von additiv gefertigten Bauteilen mittels 3D-Druck. Diese fortschrittliche zerstörungsfreie Prüfmethode nutzt Röntgenstrahlen, um eine 3D-Darstellung der internen Strukturen eines Bauteils zu erstellen. Dadurch können viele Herausforderungen, die bei der Inspektion von additiv gefertigten Bauteilen auftreten, effektiv bewältigt werden.
Insgesamt bietet die Computertomographie eine nicht-invasive, präzise und umfassende Methode zur Qualitätskontrolle von additiv gefertigten Bauteilen. Sie unterstützt Hersteller dabei, die Produktqualität zu verbessern, die Sicherheit zu erhöhen und die Effizienz der Fertigungsprozesse zu steigern. Dadurch trägt die CT maßgeblich zur erfolgreichen Umsetzung der additiven Fertigung in verschiedenen Branchen bei.
Implementierung von Röntgen- oder CT-Systemen für die Werkstoffprüfung
Die Implementierung einer CT-Prüfung für 3D-gedruckte Bauteile erfordert spezialisierte Geräte und Fachkenntnisse. Zunächst muss ein geeignetes Prüfsystem ausgewählt werden, das für die Prüfung von 3D-gedruckten Bauteilen geeignet ist. Dieses Gerät sollte über die erforderliche Auflösung, Strahlenenergie und andere Funktionen verfügen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Hier empfiehlt sich der VCxray Applikationsservice, um frühzeitig eine Machbarkeitsstudie durchzuführen. Dabei beurteilen wir kostenfrei für Sie die Machbarkeit für Ihr Bauteil.
Es ist wichtig anzumerken, dass die CT-Prüfung ein fortgeschrittenes ZfP Verfahren ist, das spezialisierte Ausrüstung, geschultes Personal und in den meisten Fällen auch die Einhaltung bestimmter Sicherheitsrichtlinien erfordern kann. Gerne stehen unsere Spezialisten für eine Beratung zur Verfügung.
Besonders bei geringeren Produktionsvolumen und hoher Variantenvielfalt kann es sein, dass es sich nicht lohnt ein eigenes Prüfgerät anzuschaffen. In diesem Fall ist die Prüfdienstleistung eine gute Lösung. Hierbei müssen Sie lediglich das Bauteil und die Prüfanweisung in unser Labor einschicken. Unsere Röntgenexperten kümmern sich dann um die Aufnahme des Scans, Auswertung der Ergebnisse und erklären Ihnen diese im Detail.
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