Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von Systemtechnik und Verfahren zur frühzeitigen Detektion von Prozessabweichungen und Identifikation von Fehlern im Bauprozess beim Selektiven Laserschmelzen (SLM) durch lagenfeine Analyse ortskorrelierter Emissionssignale.

3D-Emissionslandkarte

Der 3D Druck von Metallen steht an der Schwelle zur Revolutionierung der Fertigung. Ist beim Zahnersatz bereits eine Durchdringung von bis zu 90% erreicht, ist heute für sicherheitskritische Bauteile die Gebrauchstauglichkeit nicht selbstverständlich. Es fehlt an Prozessverständnis bei der Entstehung von Fehlern im Bauteil und an Sensorsystemen zur Identifikation und Dokumentation des Fertigungsergebnisses. Dabei bietet das selektive Laserschmelzen (SLM) die Möglichkeit einer lagenfeinen Detektion für die Zertifizierung kritischer Bauteile. Sind erste Ansätze dazu im Markt bereits zu sehen, verweisen Maschinenhersteller wie wissenschaftliche Autoren auf das Fehlen einer Aussage zur Produktqualität.

Das Vorhaben schafft mit der Identifikation von Kausalbeziehungen zwischen Sensordaten und Produktqualität für KMUs im Segment „Sensorsysteme für den Anlagenbau“ eine Basis für die Implementierung intelligenter Sensorik. Für KMUs im Segment der Lohnfertiger erschließen sich neue Märkte und eine neue Form der Produktsicherheit, die Unternehmen und Verbraucher gleichermaßen schützt.

Das Fraunhofer ILT stellt für das Vorhaben ein mit synchronisierter Sensorik ausgestattetes, flexibel anpassbares SLM Laborsystem zur Verfügung. Basierend auf grundlagenorientierten Erkenntnissen zielt das Vorhaben auf die Ableitung eines allgemeinen Sensorikkonzepts und die Entwicklung von Algorithmen zur Detektion von Bauteilfehlern. Die Übertragbarkeit und Vergleichbarkeit der Ergebnisse wird über ein Referenzbauteil erreicht, das die Herausforderungen gebrauchstauglicher Produkte standardisiert. Der PbA deckt die SLM Wertschöpfungskette ab und stellt mit der Beteiligung der wesentlichen Marktteilnehmer die Ausrichtung auf eine Standardisierung der Prozessdokumentation und Zertifizierung des Bauprozesses sicher. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Etablierung technischer Regeln und Verfassung eines DVS Merkblatts zur Qualitätsüberwachung beim SLM ein.

Ergebniszusammenfassung:

Aus diesem Projekt gewonnene Erkenntnisse sind von großer Bedeutung für die KMU und Industrie in der additiven Fertigung. Die Ergebnisse des Multisensorik-Ansatzes bilden ein solides Fundament für die Anlagenhersteller zielführend ein Prozessbeobachtungssystem angepasst an ihre SLM-Anlagen zu entwickeln. Dadurch bieten die Anlagenhersteller gleichzeitig ein Qualitätsüberwachungssystem für ihre Prozesse, welches mit einem enormen Anstieg der Produktivität ihrer Anlagen verbunden ist. Das Überwachungssystem verringert den Kostenaufwand bei der Nachinspektion der Bauteile und ermöglicht eine ressourcen-schonende Prozessdurchführung.

Unternehmen im Bereich der Sensorik können mit Hilfe der Ergebnisse ihre Sensorentwicklung gezielt für den Markt der additiven Fertigung gezielt steuern. Die Analyse der verschiedenen Sensoren und der Vergleich unter den Sensoren haben ergeben, welche Ansätze und welchen Typus von Sensoren nützlich für den SLM-Prozess sind. Die Sensorik-Unternehmen können somit ihre F&E-Schwerpunkte strategisch für den SLM-Prozess auslegen.

Für SLM-Prozessentwickler konnte gezeigt werden, dass mittels eines Prozessbeobachtungssystems fundamentale physikalische Erkenntnisse gewonnen werden kann. Dadurch können weitere Einflussfaktoren auf den Prozess bestimmt und eine schnellere und effizientere Prozessentwicklung ermöglicht werden.