Quality Engineering 02.2019

:: Qualitätssicherung in der additiven Fertigung
Automatisierte additive Gesamtprozessketten als Baustein in der Qualitätssicherung
Mehr Überwachung – weniger Fehler
Wenn komplementäre Prozesse direkt mit der additiven Fertigung verknüpft werden, können
Synergien entstehen. Die unter Federführung des Fraunhofer IPA und gemeinsam mit
internationalen Partnern entwickelte Anlage Nextfactory ist ein Beispiel für eine solche hybride
Prozesskette mit Inline-Qualitätssicherung.
Die im Projekt entwickelte Anlagen- sowie
Prozesstechnik erlaubt die Herstellung
mikro-mechatronischer Systeme
auf Basis additiver Fertigungsverfahren
Bild: Fraunhofer IPA
Die additive Fertigung gelangte in den letzten Jahren
unter dem Schlagwort 3D-Druck zu großer Bekanntheit.
Aus einer Technologie zur Herstellung von Modellen
und Prototypen hat sich eine Fertigungstechnologie
entwickelt. Dementsprechend stark verändern sich aktuell
die Anforderungen an die additive Technologie,
wodurch die Sicherstellung hoher Qualitätsstandards
über die komplette Prozesskette notwendig wird.
Solche Prozessketten umfassen zusätzlich zum additiven
Kernprozess alle notwendigen vor- und nachgelagerten
Prozesse. Darüber hinaus können große Synergiepotenziale
geschaffen werden, wenn komplementäre
Prozesse direkt mit dem additiven Prozess verknüpft
und somit so genannte hybride Prozessketten aufgebaut
werden. Hierbei erlaubt eine entsprechende Automatisierung
die Minimierung von Fehlerquellen und
bietet die Möglichkeit zur Integration von Methoden zur
Prozessüberwachung entlang der gesamten Prozesskette
und direkt im schichtweisen Aufbauprozess.
Innerhalb des Projekts Nextfactory (gefördert durch
die Europäische Kommission, Grant Agreement Nr.
608985) wurde durch ein internationales Projektteam
unter Leitung des Fraunhofer IPA eine solche hybride
Prozesskette realisiert. Die entwickelte Anlagen- sowie
Prozesstechnik erlaubt die Herstellung mikro-mechatronischer
Systeme auf Basis additiver Fertigungsverfahren.
Hierbei sind ein Modul zur additiven Fertigung
auf Basis der Inkjet-Technologie, ein Modul zur Mikromontage,
ein Modul zur Materialaushärtung sowie ein
Inspektionsmodul in einer hybriden Prozesskette aufgebaut
worden. Der Ansatz erlaubt somit die Fertigung individueller
mechatronischer Systeme wie beispielsweise
Mikrosensoren oder Solar- beziehungsweise Radiomodulen.
Aufbauprozess wird simuliert
Der Referent
Patrick Springer
Gruppenleiter
Abteilung Additive Fertigung
Fraunhofer-Institut für
Produktionstechnik und
Automatisierung (IPA)
www.ipa.fraunhofer.de
Um den eingesetzten 3D-Inkjet-Prozess optimieren zu
können, wurden an der University of Greenwich Simulationsmodelle
entwickelt, mit denen sich der Aufbauprozess
vorab simulieren lässt. Diese Modelle ermöglichen
somit eine Aussage zur resultierenden Bauteilqualität
und dadurch eine gezielte Einstellung von Prozessparametern.
Innerhalb eines Fertigungsauftrags sieht das Konzept
einen rezeptartig aufgebauten Prozessablauf vor,
der die notwendigen Abläufe innerhalb einer Schicht
abarbeitet, Basismaterial und leitfähige Strukturen additiv
aufbaut, notwendige Kavitäten vorsieht und diskrete
elektrische oder elektronische Bauteile integriert.
Hierbei kann das Inspektionsmodul innerhalb des Fertigungsauftrages
beispielsweise genutzt werden, um den
Schichtaufbau zu kontrollieren, die im Druckablauf entstandenen
Kavitäten zu vermessen oder die Lage montierter
Elemente zu erkennen.
Diese Messergebnisse können im Folgeschritt automatisiert
interpretiert werden, sodass Abweichungen
durch Manipulation von Prozessparametern korrigiert
werden können. Somit ist es möglich, den laufenden
Auftrag während des Fertigungsprozesses live zu manipulieren.
Ansätze wie diese zeigen, dass automatisierte Prozessketten
in Kombination mit Methoden zur Qualitätssicherung
neue Fertigungsansätze ermöglichen und
neue Anwendungsfelder mit additiven Fertigungsverfahren
erschlossen werden können. Einen zentralen Aspekt
zur Ermöglichung solcher Ansätze stellen hierbei
Simulationstools sowie Inline-Messtechnik dar. ■
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