Qualität im 3D-Druck Automatische Kontrolle im Drucker - medizin&technik - Ingenieurwissen für die Medizintechnik

Qualität im 3D-Druck

Automatische Kontrolle im Drucker

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Das Inline-Qualitätskontrollsystem lässt sich einfach und flexibel außen am Drucker anbringen (Bild: Fraunhofer IPA, Rainer Bez)
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In puncto Qualität gibt es bei 3D-gedruckten Bauteilen noch keine Normen. Ein neu entwickeltes System soll nun die Qualität schon während des Drucks automatisiert prüfen. Partner aus der Industrie können es testen und weiterentwickeln.

3D-gedruckte Bauteile sind laut Simina Fulga-Beising, Wissenschaftlerin am Fraunhofer IPA, die Hoffnungsträger von Industrie 4.0. Bislang hat die additive Fertigung aber noch einen Haken: „Für die gesamte Qualitätssicherung gibt es noch keine fest etablierten Normen“, kritisiert Fulga-Beising, die auf diesem Gebiet promoviert hat. Sicherheit und Reproduzierbarkeit lassen sich deshalb nicht garantieren. Gerade in Branchen wie zum Beispiel der Medizintechnik seien solche Vorgaben aber extrem wichtig. Hinzu kommt, dass fehlende Qualitätskontrollen während des Drucks hohe Kosten für das Unternehmen verursachen. „Der Drucker arbeitet völlig autark. Im schlimmsten Fall bemerkt man den Fehler erst, wenn das Bauteil fertig ist. Da ist die Maschine aber schon viele Stunden gelaufen und es wurde viel Material und Energie verschwendet“, bemängelt die Forscherin. Den Vorgang von einem Techniker überwachen zu lassen, wäre angesichts der hohen Maschinenlaufzeit viel zu teuer.

Maschinelles Sehen als Schlüsseltechnologie

Mit „IQ4AP“ hat das Fraunhofer IPA ein System entwickelt, das die Qualität im 3D-Druck inline – also schon während des Drucks – automatisiert kontrolliert. Die Anwendung basiert auf einer Blackbox, die eine Kamera, Beleuchtung und Belüftung enthält. Schlüsseltechnologie ist das maschinelle Sehen. Ein Kamerasystem scannt die frisch aufgetragenen Pulverschichten und die gesinterten Schichten direkt im Prozess. Anschließend werden die Bilder mit mehreren Algorithmen geprüft. „Grobe und feine Defekte werden sofort erkannt. Sogar die Merkmale der gesinterten Schicht, wie zum Beispiel Längen oder Lochdurchmesser, können inline gemessen werden. Man erhält damit ein Bauteilqualitätsprotokoll auf Schichtebene“, so die Wissenschaftlerin. Der Maschinenbetreuer wird automatisch benachrichtigt, etwa per SMS oder E-Mail, und kann entscheiden, was zu tun ist. Auch Toleranzen, zum Beispiel der maximale Abstand von Löchern, lassen sich festlegen. „Mit industrieller Computertomographie konnten wir die Ergebnisse des Inline-Qualitätskontrollsystems bestätigen“, freut sich Fulga-Beising.

Passt an jeden 3D-Drucker

Die Hardware kostet Anwender 2500 Euro. Sie ist maschinenunabhängig, und man kann sie an jeden beliebigen 3D-Drucker andocken, ohne zeit- und kostenaufwendige Maschinenzertifizierungen. Theoretisch lässt sich das Modul auch für die Qualitätskontrolle im Metallbereich adaptieren. Ein entsprechendes Soft- und Hardwarekonzept hat Fulga-Beising in ihrer Dissertation entwickelt. Außerdem ist IQ4AP modular aufgebaut und lässt sich damit problemlos erweitern.

Jetzt sucht das IPA nach Partnern, die das System testen und in gemeinsamen Projekten bedarfsgerecht integrieren wollen. „Im nächsten Schritt soll das System durch maschinelles Lernen selbst beurteilen, was der Fehler für den Druckprozess bedeutet“, sagt Fulga-Beising. Dazu gehört, nicht nur zu entscheiden, ob er gestoppt werden soll, sondern auch Rückschlüsse zu ziehen und das Verfahren zu optimieren. „Auf dem Weg zur selbststeuernden Produktion ist das ein wichtiger Schritt“, meint die Wissenschaftlerin.

www.ipa.fraunhofer.de

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