Feinstes Pulver unter Kontrolle

Mit einem neuartigen QM-System zur Echtzeitüberwachung soll das Lasercusing den hohen Anforderungen der Branchen Medizin und Luftfahrt gerecht werden. Um Null-Fehler-Qualität beim Lasercusing, auch Selective Laser Melting (SLM) genannt, zu erreichen, ist ein hohes Maß an Qualitätskontrolle und Prozessüberwachung erforderlich. Ein System dafür hat die Concept Laser GmbH in Lichtenfels entwickelt.

Kernpunkt des Systems ist ein benutzerfreundliches Auswerten der Prozessdaten. Es lässt sich auf die Dokumentationsanforderungen des Anwenders abstimmen. Alle bisher eingesetzten Überwachungssysteme wurden für die neue Lösung gebündelt und verbessert, um die Reproduzierbarkeit des Verfahrens zu erhöhen. Überwacht werden der Schmelzpool, das Pulver, das Prozessgas, die Temperatur sowie die Dokumentation. Als Pilotpartner testet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln die neue Technik. Dort setzt die Abteilung „Systemhaus Technik“ das Verfahren im Forschungsbereich für Turbinenteile und andere Metallanwendungen im Flugzeugbau ein.

Die Echtzeitüberwachung des Schmelzpools kontrolliert den Bauprozess auf mikroskopischer Ebene. Da das Lasercusing ein Mikroschweißverfahren auf kleinem Raum ist, mit einer Spurweite von etwa 100 µm bei einer Schichthöhe von rund 20 bis 50 µm, ist eine hohe Detailauflösung erforderlich. Entsprechend klein sind auch die Schweißraupen. Das Schmelzpool-Modul verfolgt den laufenden Bauprozess mit mehreren Tausend Aufnahmen pro Sekunde und analysiert die relevanten Daten der Schmelzespur in Echtzeit. Diese werden von der Maschinensoftware dokumentiert und ausgewertet.

Auch für das Pulver gibt es ein eigenes Modul im QM-System. Es ist losgelöst von der Produktionsanlage, so dass das Sieben des Metallpulvers parallel zu einem Bauprozess stattfinden kann. Zudem ermöglicht es hohe Durchsätze bei feiner Maschenweite des Siebs bis unter 50 µm. Das Pulver-Modul kann auch beim Arbeiten unter einer Schutzgasatmosphäre eingesetzt werden. Dann wird Sauerstoff mit dem Edelgas Argon ausgeschlossen, was die konstante chemische Zusammensetzung des Metallpulvers gewährleistet.

Im Prozessgas-Modul schließlich findet eine redundante Überwachung und Regelung der Sauerstoffkonzentration des Prozessgases statt. Es umfasst zukünftig auch die Kontrolle des Filterzustandes und die Möglichkeit einer automatischen Abreinigung. Das Temperaturmodul wiederum überwacht wichtige, temperaturempfindliche Anlagenkomponenten und informiert über deren Ist-Zustand.

Das Dokumentationsmodul als letztes im Bunde ist ein Element der Lasercusing-Software. Es überwacht den laufenden Bauprozess und ermöglicht die Berichterstellung für alle Daten der Echtzeit-QM- Module.

Das neue QM-System kann unter Anderem den Fertigungsprozess mit höchstfeinen Titanpulvervarianten, wie CL41 TI, überwachen, welches die Anforderungen der ASTM-Norm F136 für chirurgische Implantate erfüllt. Es arbeitet in Echtzeit (Real-Time) mit Abtastraten im kHz-Bereich. Die feinen Pulverqualitäten erlauben eine signifikante Steigerung der Oberflächengüte. Damit sind äußerst hohe Anforderungen an Qualität und Prozesssicherheit bei der Herstellung von Metallbauteilen mit dem Lasercusing-Verfahren realisierbar. op

Weitere Informationen www.conceptlaser.de

Mit Lasercusing-Anlagen werden mechanisch und thermisch belastbare metallische Bauteile mit hoher Präzision erstellt. Das generative Verfahren ermöglicht es, auch komplexe Bauteilgeometrien werkzeuglos zu fertigen, bis hin zu Strukturgeometrien, die mit konventionellen Techniken nur sehr schwer oder gar nicht realisierbar sind.

Zum Einsatz kommen je nach Anwendung Edel- und Werkzeugstähle, Aluminium- oder Titanlegierungen, nickelbasierte Superlegierungen, Kobalt-Chrom-Legierungen oder zukünftig auch Edelmetalle wie Gold oder Silber.

Als Kernfunktion seines Verfahrens nennt der Hersteller das Belichten einzelner Schichten nach dem „Island-Prinzip“. Dabei werden, stochastisch ausgewählt, die Segmente einer Schicht (so genannte „Islands“) sukzessive abgearbeitet. Diese Strategie soll beim Schmelzprozess eine signifikante Reduktion von Spannungen im Bauteil ermöglichen.