Develop³ Systems Engineering 02.2016

QUALITÄTSSICHERUNG/ADDITIVE FERTIGUNG
ANWENDUNGEN
der obersten Ebene geht es um Terminologie, um Prozesse und Materialien,
um allgemeine Testmethoden sowie um Design und Datenformate.
Von der nächsten, der Kategorie-Ebene an unterscheidet
der Normierungsplan jeweils zwischen drei Bereichen: Raw Materials,
Process/Equipment und Finished Parts. Bei den Rohmaterialien
geht es auf der Kategorie-Ebene um Metallpulver, Polymerpulver,
Photopolymer-Kunstharze, Keramik etc. Im Bereich Prozesse
und Ausrüstung befassen sich die Normen beispielsweise mit
Powder Bed Fusion, also mit thermischen Pulverbett-Fusionsprozessen,
oder mit Material-Extrusion. Bei den Normen für Endprodukte
geht es auf der Kategorie-Ebene unter anderem um mechanische
Testmethoden, sei es für Metalle, Polymere oder andere Werkstoffe.
Auf der untersten Ebene der Specialized AM Standards sei hier
der Bereich Finished Parts hervorgehoben – denn hier sind ausdrücklich
applikationsspezifische Normen vorgesehen: für den Luftfahrtbereich,
die Medizintechnik, die Automobilindustrie etc.
Der Zeithorizont für die Normierung
Die meisten Normen aus der obersten, der allgemeinen Ebene sind
bereits veröffentlicht. „ISO 17296-2:2015 Additive manufacturing,
General principles, Part 2” etwa gibt einen Überblick über Prozesskategorien
und Rohmaterialien. Auch die Teile 3 und 4 liegen bereits
vor, während sich Teil 1, der sich mit der allgemeinen Terminologie
der Additiven Fertigung beschäftigt, derzeit noch in der Zustimmungsphase
befindet. Für die Schaffung neuer Standards lassen
sich durchaus auch bereits bestehende Normen als Vorlage nutzen.
So können beispielsweise viele existierende Material-Prüfungsnormen
unmittelbar auf die Additive Fertigung übertragen werden. Einige
nachgeordnete Normen, die sich mit den Rohmaterialien befassen,
sind bereits veröffentlicht, wie etwa: „F2924-14 Standard Specification
for Additive Manufacturing Titanium-6 Aluminum-4 Vanadium
with Powder Bed Fusion” oder „F3091/F3091M-14 Standard
Specification for Powder Bed Fusion of Plastic Materials“. Eine große
Zahl weiterer neuer Normen befindet sich derzeit in der Vorschlagsphase.
Aufgrund der aktuellen Roadmap darf man davon
ausgehen, dass der Löwenanteil der Normen für den Bereich der
Additiven Fertigung in einem Zeithorizont von zwei bis drei Jahren
vorliegen dürfte.
• Aufgabe 1: Prüfung des Metallpulvers
Der erste Schritt in der Qualitätssicherung für ein per 3D-Druck hergestelltes
Produkt besteht darin, bereits die Rohmaterialien zu prüfen
und zu charakterisieren. Denn die Materialeigenschaften des
Endprodukts hängen stark von etwaigen Schwankungen der Eigenschaften
des Rohmaterials ab. Schon verschiedene Chargen desselben
Pulverrohmaterial-Produzenten beispielsweise können sich signifikant
unterscheiden. Und Additive Fertigung mit Metallen findet
im Wesentlichen mit einem Metallpulver als Rohmaterial statt –
Ausnahmen sind das Verfahren der Ultrasonic Consolidation, bei
dem Metallfolien benutzt werden, und die Electron Beam Free
Form Fabrication (EBFF), die mit Metalldraht arbeitet. Die Eigenschaften
des Metallpulvers spielen für die Qualität immer eine zentrale
Rolle: sei es die chemische Zusammensetzung des Pulvers,
die Größenverteilung der Partikel, die Fließfähigkeit oder die Temperatur.
Auch die Dichte des Pulverrohmaterials hat einen wichtigen
Einfluss auf die Porosität des fertigen Produkts. Es ist darum für
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