Mit Verfahren der additiven Fertigung lassen sich komplexe Bauteile passgenau und kostengünstig herstellen. Das ist vor allem dann sinnvoll, wenn die Teile in geringer Stückzahl benötigt werden. Da die Technologie noch jung ist, fehlt es allerdings bislang an geeigneten Verfahren zur Qualitätsprüfung während der Fertigung. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) schauen daher in den Prozess: Sie entwickeln Verfahren, mit denen sie während der Herstellung überwachen können, ob Fehler am Bauteil entstehen. So lassen sich zukünftig aufwendige Qualitätskontrollen nach der Fertigung und die Ausschussproduktion verringern. Die Herstellung von Bauteilen, beispielsweise für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt oder in der Medizintechnik, wird damit schneller und kostengünstiger werden.
Die BAM nimmt im Projekt „Prozessmonitoring in der additiven Fertigung“ (ProMoAM) die Herstellung von Bauteilen aus metallischen Ausgangsmaterialien unter die Lupe. Dazu gehören unter anderem Bauteile, die per selektivem Laserschmelzen im Pulverbettverfahren entstehen. Bilden sich zum Beispiel Gasporen oder entstehen Risse? Und wenn ja: Was ist die Ursache und wie lässt sich die Entstehung von Qualitätsmängeln vermeiden?
Um das herauszufinden, entwickelt das Projektteam Verfahren der Spektroskopie und der zerstörungsfreien Prüfung zur Kontrolle des Herstellungsprozesses. „Da im Pulverbettverfahren die Bauteile lagenweise gefertigt werden, bildet jede Schicht irgendwann im Fertigungsprozess einmal die Oberfläche und kann dann von uns gut überwacht werden“ erklärt Projektleiter Dr. Simon Altenburg. „Diesen Vorteil nutzen wir für das sogenannte In-situ-Monitoring“. Zum Einsatz kommen dabei beispielsweise thermografische und optische Verfahren.
Die einzelnen Messergebnisse werden schließlich zu einem 3D-Datensatz zusammengefügt, der der Geometrie des Bauteils entspricht. Der komplette Datensatz liefert den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern umfangreiche Informationen über das Innere des Bauteils und somit die Qualität. Zudem sind Rückschlüsse möglich, an welchen Stellen das additive Fertigungsverfahren verbessert werden kann.
Das Projektteam nutzt für seine Arbeit die umfangreiche Erfahrung der BAM in der forschungsbasierten und industrienahen Entwicklung von zerstörungsfreien und chemischen Analyseverfahren in industriellen Prozessen.
Die Qualität additiv gefertigter Teile muss stimmen, vor allem wenn sie für den sicheren Betrieb von Industrieanlagen oder Motoren eine wichtige Rolle spielen. „Unser Ziel ist es, zukünftig die Herstellung von Bauteilen während des Prozesses so zuverlässig zu überwachen, dass nach der Fertigung keine Prüfungen mehr erforderlich sind“, so Altenburg.
Die Qualitätskontrolle im laufenden Prozess wird die additive Fertigung von komplexen Teilen einfacher und schneller machen. So unterstützt die BAM mit ihrem Know-how den erfolgreichen Einsatz additiver Fertigungsverfahren in der Praxis.
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)