Additive Fertigung: Optische Tomographie für Echtzeitüberwachung

Das weltweit erste kommerzielle System für die Optische Tomographie ermöglicht ab sofort und zunächst für das EOS M 290-System die kamera-basierte Überwachung des additiven, metall-basierten Bauprozesses in Echtzeit. Die Lösung bildet das komplette, additiv gefertigte Bauteil im Bauprozess ab, Schicht für Schicht und unabhängig von der Geometrie und Größe des Bauteils.

Dr. Tobias Abeln, Chief Technical Officer (CTO) des Anbieters und 3D-Druckspezialisten EOS erläutert: „Mit EOSTATE Exposure OT ermöglichen wir Unternehmen jetzt eine noch umfassendere Prozess-Überwachung und Qualitätssicherung. Damit unterstützen wir unsere Kunden dabei, die strengen Anforderungen an eine lückenlose Prüfung jedes Bauteils in anspruchsvollen Märkten wie etwa der Luft- und Raumfahrt zu erfüllen.“ Und er fährt fort: „Der Qualitätssicherung kommt insbesondere im Serienumfeld eine besondere Bedeutung zu, da hier wiederholbare Bauteilqualitäten unabdingbar sind. Gleichzeitig werden die Kosten dafür merklich reduziert, denn ein sehr großer Teil der bisher nachgeschalteten Qualitätsprüfung kann vermieden werden, da die Überwachung bereits im Bauprozess erfolgt. Dies hat auch positive Auswirkungen auf die Stückkosten.“

Optische Tomographie: Partner MTU und Pilotkunden Liebherr und IPC

Die Lösung wurde in enger Zusammenarbeit mit dem strategischen EOS-Partner MTU Aero Engines entwickelt, der mit EOSTATE Exposure OT die Kosten für die nachgelagerte, zerstörungsfreie Prüfung im technischen Computertomographen (CT) deutlich reduzieren kann, weil potenziell fehlerhafte Teile vorher aussortiert werden. Bei der MTU Aero Engines wurde das System maßgeblich für die Serienfertigung entwickelt, befindet sich seit vielen Monaten im Einsatz und hat sich dort bewährt. Auch die beiden weiteren Pilotkunden Liebherr und IPC werden das System über die Pilotphase hinaus in ihre Serienfertigung integrieren.
„Bei der MTU Aero Engines haben wir das Potenzial der additiven Fertigung schon früh erkannt. Doch um die Technologie auch in die Serienfertigung zu überführen, fehlten bislang vor allem Erfahrungswerte und Daten, um die Qualität der Bauteile beurteilen zu können. Wir sind überzeugt, dass dieser Schritt mit EOSTATE Exposure OT gelingen wird“, erklärt Dr. Jürgen Kraus, Senior Consultant Additive Manufacturing bei der MTU. Und weiter: „Die neue OT-Lösung hat sich bei uns im Praxistext bewährt und wir freuen uns sehr, dass jetzt auch andere Kunden davon profitieren werden. Sie ist ein echter Mehrwert.“

Alexander Altmann, Lead Engineer Additive Manufacturing / TRPI Research & Technology bei Liebherr, dazu: „Wir setzen EOSTATE Exposure OT jetzt parallel zu EOSTATE MeltPool von EOS ein und versprechen uns dadurch ein tiefgehendes Verständnis der für die Bauteilqualität relevanten Phänomene bei der Additiven Fertigung von Titanbauteilen.“ Und er fährt fort: „Mittel- bis langfristig möchten wir hochkomplexe Bauteile für die Flugsteuerung additiv fertigen. Die Prozessüberwachung in Echtzeit ist auch hier ein wichtiger Einflussfaktor für eine wirtschaftliche Prozesskette. Denn die üblichen zerstörungsfreien Untersuchungsverfahren wie CT sind z. B. für Ventilblöcke sehr aufwändig und teuer.“

Prozess und Funktionsweise der optischen Tomographie

Mit einer hochauflösenden Kamera beobachtet das System unter Einsatz von optische Tomographie (OT) lückenlos den Belichtungsprozess. Hierbei kommt eine Industriekamera mit hoher Dynamik zum Einsatz. Sie zeichnet während des gesamten additiven Fertigungsprozesses in kurzer Frequenz die gesamte Bauplattform im nahen Infrarotbereich auf und liefert damit detaillierte Daten über das Schmelzverhalten des Werkstoffes im kompletten Bauraum.

Auf Basis der gesammelten Daten kann über eine entsprechende Software das Schmelzverhalten von Stahl, Aluminium, Titan und anderen Legierungen im additiven Bauprozess detailliert analysiert und überwacht werden. Weichen bestimmte Ergebnisse von einem individuell über Parameter definierten „Normalbereich“ ab, werden diese Stellen markiert. Welche Auswirkungen diese sogenannten Indikationen für die Bauteilqualität haben, kann mit wachsender Datenmenge immer präziser bestimmt werden.

EOSTATE Exposure OT ist ein lernendes System, das mit wachsenden Datenmengen immer intelligenter wird. Je genauer der Anwender die spezifischen Parameter seines Bauteils kennt, umso besser können Rückschlüsse auf die Qualität und Dichte des Bauteils gezogen werden. Ziel ist es, schon im Bauprozesses mögliche Fehlerquellen zu erkennen und defekte Bauteile auszuschließen.
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Bild: In der Vergrößerung werden unterschiedliche Belichtungsstrategien erkennbar. Quelle: EOS.