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Zero Defect Additive Manufacturing (ZeDAM)

Durch den Wandel der additiven Fertigung von einer Technologie der Prototypenfertigung hin zu einem industriell einsetzbaren Fertigungsverfahren wachsen die Anforderungen hinsichtlich der Prozessbeherrschung. Daher forschen im Rahmen einer europaweiten Kollaboration Mitarbeiter des iwb Anwenderzentrums Augsburg an der Prozessüberwachung des Elektronenstrahlschmelzens (EBM).

Im Projekt ZeDAM (Zero Defect Additive Manufacturing) arbeitet das iwb mit internationalen Partnern an der Umsetzung einer Null-Fehler-Strategie für verschiedene additive Fertigungsverfahren mit dem Ziel der Steigerung der Ressourceneffizienz. Die Forschung am iwb konzentriert sich dabei auf das EBM-Verfahren, dessen Anlagenaufbau schematisch in Abbildung 1 dargestellt wird.

Prozessüberwachung

Die Herausforderungen an die Überwachungstechnik sind hoch, da während des Prozesses besondere Rahmenbedingungen herrschen. Für einen fokussierten Strahl ist ein Hochvakuum notwendig, die Temperatur der Baukammer erreicht im Verlauf des Prozesses mehrere hundert Grad Celsius. Außerdem entsteht durch die Kollision der Elektronen mit dem Material Röntgenstrahlung. Die Auswahl technisch möglicher Überwachungssysteme ist deshalb eingeschränkt. Durch Expertenumfragen und eine entsprechende Marktrecherche sind anschließend die vielversprechendsten Konzepte identifiziert worden. Dabei sind neben funktionalen Kriterien (bspw. Messunsicherheit und Dauer der Messung) auch operative (bspw. Integrationsaufwand und Wartungsmöglichkeit) berücksichtigt worden. Nach der Gewichtung der einzelnen Messprinzipien mithilfe der Ergebnisse der Expertenumfrage erreichte die Prozessbeobachtung mittels Kamera im sichtbaren und im Nah-Infrarot (NIR)-Bereich die höchste Punktzahl. Abbildung 2 zeigt beispielhafte Aufnahmen einer solchen Kamera nach der Belichtung einer Schicht. Es ist deutlich zu erkennen, dass im NIR-Bild auch bereits von der nächsten Pulverschicht verdeckte Bauteilbereiche detektierbar sind. Die Bild-Erzeugung durch Rückstreuelektronen stellt eine Alternative dar, die ähnlich hoch bewertet wurde. Das zugrundeliegende Prinzip entspricht dem der Rasterelektronenmikroskopie, jedoch mit geringerer Auflösung. Durch ein Fehlen von Lichtreflexen und einen hohen Kontrast hat sich diese Technik bereits im Bereich des Elektronenstrahlschweißens bewährt.

Ausblick

In naher Zukunft wird die Integration dieses elektronenoptischen Systems in der Versuchsanlage des iwb durchgeführt. Die anlagentechnischen Voraussetzungen dafür sind gegeben.

Projektwebsite: www.zedam.info

iwb_Projekt ZeDAM_Bild 2

Projektpartner:

  • Fraunhofer-Gesellschaft e.V.
  • Machine design and Automation (PMA) of the Department of Mechanical Engineering of KU Leuven, KU Leuven
  • Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik
  • Research Group Manufacturing Engineering & Research Group Embedded Applied Vision Engineering, Lessius De Nayer, Mechelen
  • Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen
  • Fit Production GmbH, Lupburg

Das Projekt wird gefördert von:

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages AIF

Stephan Janson

iwb Anwenderzentrum Augsburg
Beim Glaspalast 5
86153 Augsburg
Tel 0821 568 83 121

Anwendungs- und Technologiebereiche:

Produkte & Prozesse
Produktentwicklung / Ressourceneffiziente Produkte
Produktionstechnologie / Mechatronik & Automation

Phasen im Produktlebenszyklus:

Montage
Produktion