Wirtschaftlichkeit von Dichtemessmethoden in der additiven Fertigung

Die additive Fertigung hat sich als eine transformative Technologie in der Fertigungsindustrie etabliert. Ein entscheidender Aspekt für die Qualität und Zuverlässigkeit der hergestellten Teile ist die genaue Bestimmung ihrer Dichte. In diesem Artikel werden wir die Eignung und Wirtschaftlichkeit verschiedener Dichtemessmethoden untersuchen.

Manuelles Archimedes-Verfahren:

Das manuelle Archimedes-Verfahren kann grundsätzlich die Dichte eines additiv gefertigten Bauteils bestimmen. Allerdings kann der manuelle Einsatz zu Beeinflussungen und Beeinträchtigungen des Messergebnisses führen, was zu einer hohen statistischen Unsicherheit führt. Daher wird dieses Verfahren meist nicht in Betracht gezogen. Der hohe personelle Aufwand macht das Verfahren zusätzlich unattraktiv.

Automatisierte Dichtebestimmung:

Die automatisierte Dichtebestimmung behebt die Schwächen des manuellen Archimedes-Verfahrens, indem sie den Großteil der Messung automatisiert. Sie erfasst auch Umgebungsparameter, um Umwelteinflüsse zu kompensieren. Diese Methode ist deutlich schneller als andere Verfahren und eignet sich besonders für Bereiche, in denen häufig eine Dichteaussage erforderlich ist. Sie kann die Kosten für die Qualitätssicherung senken und Maschinenfreigaben vereinfachen. Durch den hohen Durchsatz und den geringen Personalaufwand ist das Verfahren äußerst wirtschaftlich. Zudem kann auch die hohe Genauigkeit der Messergebnisse zu weiteren Qualitätsvorteilen und Erkenntnissen führen, was sich zusätzlich positiv auf die Kostenstruktur des Unternehmens auswirkt.

Schliffbilder:

Für Schliffbilder werden Bauteile zunächst segmentiert, und die Trennflächen anschließend poliert, um eine Untersuchung der Schnittfläche unter dem Mikroskop durchzuführen. Sie ermöglichen einen Einblick in die Mikrostruktur eines Bauteils und erlauben eine Bewertung der Porenform. Sie sind für die Parameterentwicklung in der additiven Fertigung sinnvoll, da ein guter Zusammenhang zwischen gewählten Prozessparametern und Einfluss auf die vorherrschenden Porendefekte hergestellt werden kann. Für den Einsatz in der Serienfertigung sind sie jedoch ungeeignet, da sie verhältnismäßig aufwändig und langwierig sind und nur Begleitproben untersucht werden können. Bei steigenden Stückzahlen sorgt neben dem hohen personellen Aufwand auch das eingesetzte Verbrauchsmaterial für schnell steigende Kosten.

Computertomographie (CT):

CT-Untersuchungen ermöglichen eine dreidimensionale Rekonstruktion des gesamten Bauteilinneren. Dies ermöglicht die Darstellung von Porengeometrie und Defektform sowie Verteilung im Bauteil. Ein weiterer Vorteil ist die Verträglichkeit des Verfahrens gegenüber Schwankungen der Porosität innerhalb des Bauteils. Die größten Hindernisse für ihren Einsatz in der Serienfertigung sind die vergleichsweise hohen Investitionskosten und der zeitaufwendige Prüfprozess, der geschultes Personal benötigt. Ein weiterer Nachteil ist die Limitierung der Auflösung, welche die Betrachtung von Mikroporen verhindert.

Fazit:

Die Wahl der richtigen Dichtemessmethode hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der spezifischen Anforderungen des Projekts, der verfügbaren Technologie und der wirtschaftlichen Überlegungen. Schliffbild und CT eignen sich sehr gut, um geeignete Fertigungsparameter für neue Materialien oder Legierungen zu untersuchen. Die automatisierte Dichtebestimmung hebt sich jedoch durch ihre wirtschaftlichen Vorteile hervor. Sie bietet nicht nur eine schnellere und genauere Messung, sondern kann auch die Kosten für die Qualitätssicherung erheblich senken, weshalb sie sich vor allem bei Serien-, Auftrags- oder Lohnfertigung ihre Vorteile ausspielt. Dies macht sie zu einer bevorzugten Wahl für Unternehmen, die eine effiziente und kosteneffektive Lösung für die Dichtebestimmung suchen.

Quelle: Analyse von Messverfahren zur Dichtebestimmung - Fraunhofer IAPT - Dimensionics Density GmbH