MULTISURV | Methoden der Prozessüberwachung bei der Multimaterialverarbeitung

Am Fraunhofer IGCV ermöglichte ein entwickelter Prozessschritt, 3-D-Multimaterialbauteile aus den Werkstoffen Kupfer-Chrom-Zirkonium und Werkzeugstahl 1.2709 herzustellen. Somit müssen Pulverbettüberwachungssysteme sowohl die bereits bei der Monomaterialverarbeitung auftretenden Beschichtungsfehler wie Rillen, Wellen oder unzureichende Pulverzufuhr detektieren, als auch Materialien voneinander unterscheiden können. Für diese Prüfaufgabe besitzt die Thermografie großes Potenzial, da sie optisch ähnliche Werkstoffe aufgrund ihres unterschiedlichen Emissionsverhaltens unterscheiden kann. Im Zuge des Projektes wurde daher eine Blitzlampe zur Anregung des Pulverbetts und eine Thermografie-Kamera in eine AconityOne integriert, um das Potenzial dieser Technologie für diese Prüfaufgabe ergründen zu können (siehe Abbildung 1). Untersuchungsgegenstände waren neben der Detektion von klassischen Prozessabweichungen die Materialunterscheidung und die Detektion von Schichtdickenunterschieden. In Abbildung 2 sind diese exemplarisch dargestellt.

Nach wie vor stellt die Qualitätskontrolle additiv gefertigter (metallischer) Bauteile eine Hürde dar, um stark regulierte Branchen wie beispielsweise Luft- und Raumfahrt zu erschließen. Prozessbedingte Ungänzen wie Poren, Risse, Delaminationen oder Bindefehler, die bereits bei geringen Abweichungen der Prozessparameter bzw. Prozessbedingungen entstehen können, müssen zuverlässig detektiert werden. Bisher eingesetzte Prozessüberwachungstechnologien erfassen dabei meist die Schmelzbademissionen. Diese lassen allerdings nur begrenzt Rückschlüsse auf die tatsächliche Bauteilqualität zu. Im Rahmen dieses Projektes wird daher untersucht, inwieweit der Prozesslaser als Anregungsquelle dienen kann, um Bindefehler in bereits verfestigten Schichten mittels aktiver Thermografie zu detektieren. Abbildung 3 zeigt exemplarisch das Reaktionsverhalten von, in Testwürfel aus 1.4404 eingebrachten, künstlichen Ungänzen auf die Laseranregung. Im Weiteren Projektverlauf gilt es nun zu erforschen, welche Ungänzengrößen sich mit diesem Prüfansatz detektieren lassen und wie dieser Vorgang automatisiert werden kann.

Neben den bereits genannten, stellt die Überwachung der Materialzusammensetzung in den Übergangsbereichen der Bauteile ebenfalls eine neue Anforderung für die Prozessüberwachung der Multimaterial-Verarbeitung dar. Um darüber eine Aussage treffen zu können, wird ein Spektrometer zur Untersuchung auftretender Emissionen in den Prozess integriert. Konkret sollen hierbei Erkenntnisse gewonnen werden, ob anhand der Materialzusammensetzung in diesen Übergangsbereichen Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit dieser Strukturen getroffen werden können (z. B. Isolationswirkung) und ob sich Materialverunreinigungen detektieren lassen.