3D-Druck Neuartiges Prüfsystem überwacht 3D-Druck in Echtzeit

Ein Projekt des Fraunhofer IKTS untersucht, wie man thermoplastischen 3D-Druck in Echtzeit überwachen kann, um vorab Druckfehler zu erkennen. Zwei Methoden kommen dabei zum Einsatz.

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Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)

3D-Druck ist vor allem schnell und kostengünstig und deshalb aus vielen Bereichen der Industrie nicht mehr wegzudenken. Teuer wird es, wenn Fehler beim Drucken entstehen – deshalb hat das Fraunhofer Institut für keramische Technologien und Systeme (IKTS) das Projekt „Addiline“ ins Leben gerufen.

Mittels Lichtschranke und Laser-Speckle-Photometrie überwachen

Der „thermoplastische 3D-Druck“, abgekürzt T3DP, mit dem auch Keramiken und Hartmetalle verdruckt werden können, ist am Fraunhofer IKTS entwickelt worden. Für eine hohe Prozessstabilität und Qualität der Bauteile wird eine Inline-Prozesskontrolle benötigt. Bisherige Lösungen produzieren zu hohe Datenmengen, deren Auswertung viel Zeit in Anspruch nimmt oder sind für das begrenzte Platzangebot im Drucker zu groß. Zudem können sie keine definierten Materialparameter (z. B. Porosität oder Defekte) prüfen, auf die der Fertigungsprozess abgestimmt werden muss.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Mess-Systems mit zwei Komponenten. 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.

Anlagendemonstrator überprüft Machbarkeit

Das Fraunhofer IKTS will die zu entwickelnde berührungslose Prüftechnik als kostengünstiges System mit flexiblem und robustem optischen Aufbau realisieren. 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 von hochwertigen Single- und Multimaterial-Bauteilen ermöglicht“, erklärt Dr. Beatrice Bendjus, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer IKTS.

Neben dem Fraunhofer IKTS wirken die Industriepartner Hoyer Montagetechnik GmbH, Vermes Microdispensing GmbH, Thomas Werner Industrielle Elektronik e. Kfm und Viimagic GmbH am Projekt mit.

Die Projektbeteiligten hoffen, dass mit dem Prüfsystem zukünftig verschiedene Materialgruppen auf weitere physikalische, mechanische sowie thermische Eigenschaften untersucht werden können. Damit sollen wichtige 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.

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Wann sich der Einsatz von 3D-Druck lohnt