3D-Messtechnik für den 3D-Druck

Die additive Fertigung wird zunehmend nicht nur für das Prototyping , sondern für die Serienfertigung eingesetzt. Die Qualitätssicherung stellt dies vor neue Herausforderungen. Objektoberflächen und damit die Maßhaltigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen lassen sich mit 3D-Scannern schnell und berührungslos messen.

Heute können mit 3D-Druck schnell funktionale und hochkomplexe Objekte aus Hunderten verschiedener Materialtypen hergestellt werden, ohne dabei den Einschränkungen herkömmlicher Fertigungsmethoden beim Schneiden, Biegen und Spritzen zu unterliegen. Darüber hinaus kann der 3D-Druck in der Fertigung die Gesamtinvestitionen in Maschinen, Werkzeuge, Baugruppen und Materialien reduzieren.

Die additive Fertigung hat die Art und Weise, wie Produkte hergestellt werden, definitiv verändert und bietet eine beispiellose Vielseitigkeit. Dennoch bleiben Inspektions- und Qualitätskontrollprobleme bestehen. Wie wie lässt sich überprüfen, ob Objekte mit komplexen Formen gemäß des ursprünglichen Entwurfs, der technischen Spezifikationen und der erforderlichen Normen hergestellt wurden? Zwar wurden neue 3D-Drucker speziell für die additive Serienfertigung entwickelt – mit einer hohen Wiederholgenauigkeit für lange Produktionsläufe. Doch gleichwohl braucht es Lösungen, um Fehler und Materialverschwendung zu verringern

Untersuchungen haben ergeben, dass Qualitätsprobleme je nach verwendetem additivem Verfahren, Gerät, Material sowie der Anzahl der in einem Produktionsdurchgang gefertigten Teile variieren. Beim Einsatz von thermoplastischen Werkstoffen stellt beispielsweise bei länglichen rechteckigen Formen Verzug ein Problem dar. Dieser Verzug ist in der Regel nicht im ersten gefertigten Bauteil zu finden, sondern tritt auf, wenn der 3D-Drucker über einen längeren Zeitraum verwendet wird.

Hier kommen 3D-Scanner ins Spiel. 3D-Scanner sind berührungsloses Messmittel zur schnellen Charakterisierung von Objektoberflächen, um beispielsweise die Teilequalität zu testen und zu kontrollieren. Bei der zerstörungsfreien Prüfung mit kohärentem Licht können winzige Fehler aufgedeckt, Materialabweichungen festgestellt, Oberflächenprobleme gemessen und gemeldet werden und vieles mehr. Im Gegensatz zu diversen anderen manuellen Messmethoden, einschließlich Koordinatenmessgeräten, ist für tragbare 3D-Scanner häufig kein starres Setup erforderlich, und das zu überprüfende Teil muss nicht in ein Messlabor gebracht werden.

Die neuesten Scanner-Modelle sammeln Millionen von Messungen in Sekundenschnelle und geben die Ergebnisse automatisch an eine Software weiter, die sie interpretiert. So sorgt beispielsweise der Creaform Handyscan Black Elite mit modernen Kameras, Blaulasertechnologie und fortschrittlichen Algorithmen für schnelle Messungen in hoher Qualität. Er ist tragbar und lässt sich in jeder Umgebung und auf jeder Oberfläche einsetzen. Er erfasst 1,3 Millionen Punkte pro Sekunde und erzeugt automatisch einen 3D-Netzabbild des gescannten Objekts. Software von Creaform verwandelt diese Millionen von Punkten in kohärente 3D-Netzmodelle, die bei Bedarf leicht in andere Softwaretools integriert werden können.

Daten werden für Entwicklung von
Deep-Learning-Algorithmen genutzt

Die Datenmengen, die bei den 3D-Scans entstehen, werden für die Entwicklung von Deep-Learning-Algorithmen mit künstlicher Intelligenz unerlässlich sein. Mit diesen kann die Qualitätskontrolle in der additiven Fertigung in Zukunft auf die nächste Stufe gehoben werden.

Um den Qualitätskontrollprozess zu beschleunigen, bietet Creaform die Software Vxinspect als Teil der 3D-Scan-Suite an. Diese automatisiert den Prozess der Einrichtung und Durchführung einer vollständigen geometrischen Maß- und Toleranzprüfung (GD&T). Das mit den 3D-Scannern erstellte Netz kann direkt mit den CAD-Daten verglichen werden, die zur Erstellung des 3D-Druckobjekts verwendet werden.

Mit dem Handyscan Black Scanner können zudem neue Qualitätskontrollprozesse für die additive Fertigung entwickelt werden. Gescannte Daten, die zuvor in Vxinspect in ein 3D-Netz umgewandelt wurden, lassen sich in viele Softwareprodukte exportieren. Dazu gehören verschiedene 3D-Systeme wie beispielsweise Geomagic von 3D Systems, Innovmetric Software von Polyworks, Dassault Catia V5 von Dassault oder Siemens NX. Der Scanner ist so eingestellt, dass er die Positionierung basierend auf reflektierenden Zielen (Targets) berechnet. So kann die Genauigkeit unabhängig von der Umgebung gewährleistet werden. Die Teilegröße kann zwischen 0,05 und 4 m bei einer Messauflösung von 0,05 mm liegen. ■