Bestimmung der Wiederholbarkeit von verschiedenen Messverfahren in der Additiven Fertigung

Was Sie hier erwartet:

1. EINFÜHRUNG
2. SCHLIFFBILDER
3. COMPUTERTOMOGRAPHIE (CT)
4. AUTOMATISIERTE DICHTEBESTIMMUNG
5. FAZIT

Einführung

In der additiven Fertigung ist die Bestimmung der Dichte und Porosität eines Bauteils von zentraler Bedeutung für die Qualitätssicherung und Prozesskontrolle. Die Wiederholbarkeit der Messverfahren spielt hierbei eine entscheidende Rolle, da sie die Verlässlichkeit und Konsistenz der Messergebnisse gewährleistet. In diesem Artikel werden, durch Hilfe einer von Fraunhofer IAPT angefertigten Studie zur Analyse von Messverfahren in der Dichtemessung, verschiedene Messverfahren zur Bestimmung der Wiederholbarkeit untersucht. Darunter sind Schliffbilder, Computertomographie (CT) und die automatisierte Dichtebestimmung.

Schliffbilder

Die Verwendung von Schliffbildern zur Dichtebestimmung erfordert eine präzise und sorgfältige Probenvorbereitung. Proben werden in eine Epoxidharzmatrix eingebettet und in mehreren Schritten geschliffen und poliert. Anschließend erfolgt eine mikroskopische Analyse der Schnittfläche, bei der Poren und andere Defekte detektiert und klassifiziert werden. Die Wiederholbarkeit dieses Verfahrens ist jedoch begrenzt, da die Ergebnisse stark von der Qualität der Probenvorbereitung und den Fähigkeiten des Anwenders abhängen. Zudem ist die Untersuchung von Schliffbildern destruktiv, was die wiederholte Messung an derselben Probe unmöglich macht.

Ein weiterer Nachteil der Schliffbildanalyse ist die zweidimensionale Natur der Methode, die nur lokale Rückschlüsse auf die Porosität erlaubt. Da Porenverteilungen innerhalb eines Bauteils stark variieren können, sind mehrere Schliffe an verschiedenen Positionen notwendig, um eine verlässliche Aussage über die Dichte zu erhalten. Dies erhöht den Zeit- und Kostenaufwand erheblich. Trotz dieser Einschränkungen bieten Schliffbilder eine hohe Auflösung und ermöglichen die detaillierte Untersuchung von Porenformen und anderen Defekten, was für die Prozessanalyse wertvoll sein kann.

Computertomographie (CT)

Die Computertomographie ist ein nicht-destruktives Verfahren, das dreidimensionale Bilder eines Bauteils erzeugt. Dadurch können Poren und Defekte im gesamten Volumen des Bauteils detektiert und analysiert werden. Die Wiederholbarkeit von CT-Messungen ist in hohem Maße von der Platzierung der Probe auf der Scanplattform abhängig. Kleine Poren können bei unterschiedlichen Platzierungen variieren, was zu Schwankungen in den Messergebnissen führen kann. Zudem ist die Auflösung des CTs begrenzt, und sehr kleine Poren können möglicherweise nicht detektiert werden.

Aufgrund der hohen Kosten und des zeitlichen Aufwands wurden in der zugrunde liegenden Studie keine wiederholten CT-Scans durchgeführt, sodass die Wiederholbarkeit in diesem Kontext nicht vollständig bestimmt werden konnte. Dennoch bietet die CT-Methode den Vorteil, dass sie umfassende Informationen über die Porositätsverteilung im gesamten Bauteil liefert und somit eine globale Aussage über die Dichte ermöglicht.

Automatisierte Dichtebestimmung

Die automatisierte Dichtebestimmung basiert auf dem Archimedes-Verfahren und kombiniert dieses mit moderner Automatisierungstechnologie. In diesem Verfahren werden Proben in spezielle Bauteilträger eingelegt und durch einen Achsroboter präzise auf die Waagen platziert. Die Messungen erfolgen in Luft und im Fluid, und die Ergebnisse werden automatisch erfasst und ausgewertet. Dies minimiert den Einfluss des Anwenders und erhöht die Wiederholbarkeit der Messungen erheblich.

In der zugrunde liegenden Studie wurden an 11 verschiedenen Proben jeweils 15 Messungen durchgeführt. Die maximale ermittelte Standardabweichung betrug 0,0008 g/cm³, was einer Abweichung von 0,03% entspricht. Alle Messergebnisse lagen innerhalb von 6σ, was auf eine hohe Wiederholgenauigkeit hinweist. Ein weiterer Vorteil dieser Methode ist die Rückführbarkeit der Ergebnisse, da sie über eine Messkette auf einen anerkannten Standard bezogen werden können. Dies macht die automatisierte Dichtebestimmung besonders geeignet für die Prozessfähigkeitsbewertung in der Serienfertigung.

Fazit

Die Bestimmung der Wiederholbarkeit von Messverfahren zur Dichtebestimmung in der additiven Fertigung zeigt deutliche Unterschiede zwischen den Methoden. Während Schliffbilder detaillierte und hochauflösende Informationen über die Porenstruktur liefern, sind sie aufgrund der destruktiven Natur und der hohen Variabilität in der Probenpräparation für wiederholte Messungen weniger geeignet. Computertomographie bietet umfassende dreidimensionale Einblicke, jedoch mit Einschränkungen in der Auflösung und Platzierungsgenauigkeit. Die automatisierte Dichtebestimmung hingegen zeigt eine hohe Wiederholgenauigkeit und ist aufgrund der Automatisierung und Rückführbarkeit besonders für industrielle Anwendungen geeignet. Jede Methode hat ihre spezifischen Vor- und Nachteile, und die Wahl des geeigneten Verfahrens hängt von den Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab.

Die detaillierten Ergebnisse und weiterführenden Informationen finden Sie in der vollständigen Studie des Fraunhofer Instituts, welche Sie hier lesen können.