Neue Möglichkeiten in der Qualitätskontrolle

Passive Thermografie: Prozessüberwachung mittels Wärmebild

Thermogramm während des Drucks einer Maskenhalterung. Das Abkühlverhalten des Filaments in der obersten Schicht hinter dem Druckkopf (im Bild schwarz) liefert Informationen zur Druckqualität. © SKZ

Im Bereich der additiven Fertigung werden bis jetzt hauptsächlich optische Überwachungsverfahren angewendet. Deshalb hat das SKZ eine neue und bildgebende Möglichkeit zur Inline-Qualitätssicherung des 3D-Drucks mittels Thermografie entwickelt. Die Wärmebildkameras von Optris sind dafür hervorragend geeignet. Dabei erwies sich unter anderem die passive Thermografie, die die prozessbedingte Erwärmung des Materials ausnutzt, als zielführend. Mit den Optris-Infrarotkameras kann die Filamentablage live dargestellt werden – gleichzeitig können Prozessparameter wie die Düsentemperatur und Druckbetttemperatur überwacht werden. Durch Überwachung der Temperaturverteilung lassen sich darüber hinaus typische Fehler wie Risse, Ablösungen oder Hohlräume identifizieren.

Optris PI 640i. © Optris

Die Infrarotkamera PI 640i von Optris habe sich aufgrund ihrer hohen Auflösung bei besonders kompakter Bauweise zum Einsatz in der Inline-Prüfung als geeignet erwiesen, so das Unternehmen. Die von ihr erzeugten thermografischen Daten können bereits während der Aufnahme bildweise ausgewertet werden und sollen schließlich durch Einsatz eines künstlichen neuronalen Netzes die Klassifizierung des Druckobjektes ermöglichen, sodass Veränderungen im 3D-Druckprozess frühzeitig festgestellt werden können.

Aktive Thermografie: Nach dem Druck ist vor der Prüfung

Vor allem bei sicherheitsrelevanten Bauteilen ist neben der Inline-Prüfung auch eine Qualitätskontrolle nach dem Druck empfehlenswert. Da häufig Einzelstücke gefertigt werden, kommt dafür nur eine zerstörungsfreie Prüfung zum Beispiel durch aktive Thermografie in Frage. Komplexe Bauteile können hierbei mit Hilfe von Optris-Infrarotkameras in kurzer Zeit großflächig untersucht werden. Dabei können sowohl oberflächennahe Fehlstellen als auch Fehler im Inneren des Bauteils – bei geeigneter Auswertetechnik – sichtbar gemacht werden.

Mit aktiver Thermografie können beispielsweise der Verlauf der inneren Stützstruktur, der Infill des Objekts oder die Lage von Hohlräumen überprüft werden. Auch beim praktischen Einsatz der Druckobjekte eignen sich die Optris-Infrarotkameras, um Bauteile auf ihre Funktionalität oder Schäden zu prüfen. Alterungsbedingt können sich mit der Zeit Risse oder unerwünschte Lücken bilden. Auch andere Schäden – wie Delaminationen – lassen sich mit Hilfe der Optris-Infrarotkameras noch vor einem Versagen der Bauteile erkennen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Infrarotkameras für die Qualitätssicherung während der Fertigung, im direkten Nachgang und beim Einsatz des Produkts vielseitige Möglichkeiten bieten, die potenziell auftretenden Fehlstellen zu detektieren. Gerade beim Einsatz am beziehungsweise im Drucker eignen sich die kostengünstigen, kompakten und hochauflösenden Wärmebildkameras.