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FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR KERAMISCHE TECHNOLOGIEN UND SYSTEME IKTS

Redaktion Katrin Schwarz | Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS | Telefon +49 351 2553-7720 | Winterbergstraße 28 | 01277 Dresden | www.ikts.fraunhofer.de | katrin.schwarz@ikts.fraunhofer.de |

3D-Druck in Echtzeit überwachen

Additive Fertigungsverfahren sind aus der Industrie nicht mehr wegzudenken. Kommt es jedoch zu Fehlern beim Drucken, kann es teuer werden. Diese Verlus-te lassen sich reduzieren, wenn Unregelmäßigkeiten bereits während des Druckvorgangs erkannt und der Bauteilaufbau zeitnah gestoppt wird. Im gera-de gestarteten Projekt »AddiLine« qualifizieren dafür fünf Projektpartner neben einer Kontrolle der Materialabgabe beim Drucken die Laser-Speckle-Photometrie für die Überwachung des »Thermoplastischen 3D-Drucks«. Ein neues additives Verfahren ist der am Fraunhofer IKTS entwickelte »Thermoplastische 3D-Druck« (T3DP), mit dem auch Keramiken und Hartmetalle verdruckt werden können. Für eine hohe Prozessstabilität und Qualität der Bauteile wird eine Inline-Prozesskontrolle benötigt. Bisherige Lösungen produzieren zu hohe Datenmengen, deren Auswertung viel Zeit in Anspruch nimmt oder sind für das begrenzte Platzangebot im Drucker zu groß. Zudem können sie keine definierten Materialparameter (z. B. Porosität oder Defek-te) prüfen, auf die der Fertigungsprozess abgestimmt werden muss.

Integrierbares Prüfsystem für hochwertige 3D-Druck-Bauteile Ziel des Projekts »AddiLine« ist die Entwicklung eines Mess-Systems mit zwei Kompo-nenten. Die erste Komponente überwacht mittels Lichtschranke, ob das zu verdrucken-de Material den Drucker tatsächlich verlässt. Dies ist Voraussetzung für eine korrekte Anbindung der Materialtropfen untereinander, so dass keine Lufteinschlüsse entstehen. Die zweite Komponente, die integrierte Laser-Speckle-Photometrie (LSP), prüft berüh-rungslos die vorher festgelegten Parameter der entstehenden Struktur in Echtzeit. Die zu entwickelnde berührungslose Prüftechnik soll als kostengünstiges System mit flexiblem und robustem optischen Aufbau realisiert werden. Um dessen Einsatz unter Produktionsbedingungen zu testen, wird das modulare System mit beiden Komponen-ten in eine T3DP-Anlage integriert. »Der Anlagendemonstrator bildet so die Grundlage für eine völlig neuartige additive Fertigungstechnologie, die die Herstellung für ein breites Materialspektrum von hochwertigen Single- und Multimaterial-Bauteilen ermög-licht« fasst Dr. Beatrice Bendjus, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer IKTS, zusammen. Gebündelte Kompetenz für ein breites Einsatzspektrum Das Vorhaben erfordert das Einbringen vielfältiger Kompetenzen: Neben den Industrie-partnern HOYER MONTAGETECHNIK GmbH, VERMES Microdispensing GmbH, Thomas

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Werner Industrielle Elektronik e. Kfm und viimagic GmbH wirkt das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS im Projekt mit. Die Partner zeigen sich optimistisch, dass mit dem Prüfsystem zukünftig verschiedene Materialgruppen auf weitere physikalische, mechanische sowie thermische Eigenschaf-ten untersucht werden können. Damit sollen wichtige Impulse für den Einsatz des Ver-fahrens in der Keramikindustrie, für Bohr- und Fräswerkzeuge, aber auch in der Medi-zin sowie dem Maschinen- und Anlagenbau gegeben werden. Das Projekt »Laser-gestützte Inline-Überwachung der additiven Fertigung von Kerami-ken und Hartmetallen« läuft bis zum Frühjahr 2021 und wird innerhalb der Förder-maßnahme »Photonik für die flexible, vernetzte Produktion – Optische Sensorik« im Rahmen des Programms »Photonik Forschung Deutschland« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Im Projekt »AddiLine« entsteht ein prozessintegriertes Prüfsystem, das die Qualität der 3D-gedruckten Komponente beim Entstehen in Echtzeit überwacht.

Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS betreibt anwendungsorientierte Forschung für Hochleistungskeramik. Die drei Institutsteile in Dresden und Hermsdorf (Thüringen) formen gemeinsam das größte Keramikforschungsinstitut Europas. Als Forschungs- und Technologiedienstleister entwickelt das Fraunhofer IKTS moderne keramische Hochleistungswerkstoffe, industrierelevante Herstellungsverfahren sowie prototypische Bauteile und Systeme in vollständigen Fertigungslinien bis in den Pilotmaßstab. Darüber hinaus umfasst das Forschungsportfolio die Kompetenzen Werkstoffdiagnose und -prüfung. Die Prüfverfahren aus den Bereichen Akustik, Elektromagnetik, Optik und Mikroskopie tragen maßgeblich zur Qualitätssicherung von Produkten und Anlagen bei. Das Fraunhofer IKTS arbeitet in acht marktorientierten Geschäftsfeldern, um keramische Technologien und Komponenten sowie zerstörungsfreie Prüfverfahren für neue Branchen, Produktideen und Märkte jenseits der klassischen Einsatzgebiete zu demonstrieren und zu qualifizieren. Dazu gehören keramische Werkstoffe und Verfahren, Maschinenbau und Fahrzeugtechnik, Elektronik und Mikrosysteme, Energie, Umwelt- und Verfahrenstechnik, Bio- und Medizintechnik, Optik sowie die Material- und Prozessanalyse.

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