Die Additive Fertigung hat den Satus des Rapid Prototyping längst verlassen. Wie bei allen anderen Fertigungsmethoden auch, rückt so automatisch das Thema Qualitätskontrolle und Monitoring immer mehr in den Fokus. Gerade wenn Prozesse – etwa für die Luftfahrt – zertifiziert werden sollen, sind die Anforderungen hier sehr hoch und schnell auch kostspielig. Bei EOS in Krailling weiß man natürlich ganz genau um die Anforderungen an die Technologie, setzen doch zahlreiche Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt auf Lösungen von EOS.
Prozess-Monitoring Lösung
Mit Eostate haben die AM-Pioniere ein Portfolio an Monitoring-Lösungen entwickelt, welches den Kunden produktions- und qualitätsrelevante Daten ausspielt. Diese Prozess-Monitoring Lösung umfasst vier verschiedene Module, die den Kunden je nach individuellem Bedarf zur Verfügung gestellt werden.
- Eostate Base
- Eostate PowderBed
- Eostate MeltPool Monitoring
- Eostate Exposure OT (optische Tomographie)
In situ-Monitoring-Systeme
Dr. Dominik Hawelka, Product Line Business Owner Eostate bei EOS erklärt: „Im Bereich der Additiven Fertigung können konventionelle Qualitätssicherungs-Verfahren schnell sehr teuer und aufwendig werden. Dies geht natürlich zu Lasten der Kosten pro Teil, die bekanntlich reduziert werden müssen. Das war für uns die Motivation In situ-Monitoring-Systeme – also in der Maschine integrierte Systeme, die Prozessdaten während der Bauteilfertigung aufnehmen – zu entwickeln.“ Die Eostate Elemente Exposure OT und MeltPool Monitoring sind aktuell auf den Metall-Bearbeitungsprozess ausgelegt, da die Bearbeitung von Polymeren andere Prozesse erfordert – und damit auch andere Anforderungen an das Monitoring-System stellt.
Jedes einzelne Eostate-Modul besteht aus einem Software- und einem Hardware-Teil. Das Grundlegende Modul Eostate-Base besteht aus verschiedenen Sensoren, die in der Maschine verteilt sind und den Maschinenstatus wie etwa Sauerstoffkonzentration und Bauraumtemperatur über die gesamte Bauzeit mit aufzeichnen. Das Modul PowderBed besteht aus einem Kamera-System, das Bilder von der Pulverbeschichtung aufnimmt (vor- und nach der Belichtung). So lässt sich nachvollziehen, ob eventuelle Bauteilfehler an der Pulverbeschichtung lagen.
Ergänzende Vorteile durch Exposure OT
Das MeltPool Monitoring-System besteht aus einer Fotodiode und liefert detaillierte Informationen über das Schmelzbadverhalten während des Aufbau-Prozesses. Das neueste Modul, Exposure OT, unterscheidet sich von Eostate MeltPool Monitoring, indem es nicht durch den Scanner hindurch das Schmelzbad beobachtet, sondern von der Seite auf die Bauplattform gerichtet ist und so den ganzen Bauprozess durchgehend beobachten kann. „Eostate MeltPool Monitoring kann den Prozess nur in dem Moment beobachten, wenn der Laser darüber geführt wird. Exposure OT hat hier seine ergänzenden Vorteile“, erklärt Dr. Dominik Hawelka. Entwickelt wurde Eostate Exposure OT zusammen mit MTU Aero Engines und stellt eine Lösung dar, die schon in der Luftfahrtbranche eingesetzt wird.
Rückschlüsse auf Bauteilqualität
„Eostate Exposure OT macht mit einer sCMOS-Kamera Aufnahmen außerhalb des sichtbaren Spektralbereiches: Wir sehen mit der Kamera von Eostate Exposure OT nicht das, was wir mit dem Auge sehen würden, sondern wir sehen die Wärmeemissionen von der aktuell belichteten Werkstoffschicht. Dadurch, dass wir die komplette Bauplattform beobachten, erhalten wir mit Exposure OT auch Informationen über Effekte an Positionen, an denen der Laserfokus sich gerade nicht befindet“, skizziert Dr. Dominik Hawelka eine Besonderheit des OT-Moduls und ergänzt: „Wer ein optimales Monitoring –System haben will, dem empfehlen wir beide Systeme, MeltPool Monitoring und Exposure OT.“ Auf diese Weise lassen sich auch Probleme identifizieren, die durch Umstände wie etwa dem Abtransport von Prozessnebenprodukten durch den Gasfluss in der Prozesskammer erzeugt werden. Mit der zum Eostate Exposure OT System gehörigen Software können dann Rückschlüsse auf mögliche Anomalien im Bauteil und damit die Bauteilqualität gezogen werden. Der Nutzer kann damit je nach Bedarf verschiedene Auswertungen durchführen. Die Software erlaubt es dem Nutzer dabei, verschiedene Analyseprofile abzuspeichern.
Ausblick
Abschließend wagt Dr. Dominik Hawelka einen Ausblick: „Die MTU und andere Kunden setzen Exposure OT bereits in der Produktion ein. Über weitere Anwendungsbereiche in den Bereichen Prozessentwicklung oder der Applikationsoptimierung haben wir bisher nur einzelne Testergebnisse. Wir sehen aber ein deutliches Potential, dass unsere In situ-Monitoring-Systeme wichtige Werkzeuge für Applikationsanpassungen wie zum Beispiel die Optimierung der Bauteilorientierung oder die Optimierung von Supportstrukturen sein können. Wir haben erste Hinweise dafür, dass sich mit den Systemen die Entwicklungszeiten und so die Markteinführungszeiten verkürzen lassen.“
