Fraunhofer IPA und Imprintec entwickeln robotergestützte Inline-Qualitätssicherung für 3D-Druck-Bauteile

Im Juni 2024 erreichten das Fraunhofer IPA und die Imprintec GmbH einen wichtigen Meilenstein in der automatisierten Qualitätssicherung für 3D-Druck-Bauteile. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Forschungsprojekts »Effiziente Qualitätssicherungsmethode für bionisch optimierte und ressourcenschonende 3D-Druck-Bauteile« (Enabl3D) entwickelten und testeten Imprintec gemeinsam mit der VisiConsult – X-ray Systems & Solutions GmbH und dem Fraunhofer IAPT ein entsprechendes Prüfverfahren. Im Teilprojekt »Robotergestützte Inline Qualitätssicherung« kooperierten das Fraunhofer IPA und Imprintec eng, um das innovative Prüfmodul an einen flexiblen Sechs-Achs-Industrieroboter anzubinden und so die automatisierte Prüfung von Bauteilen direkt in der Produktionslinie zu ermöglichen. Erste erfolgreiche Tests wurden bereits an verschiedenen Bauteilen durchgeführt, darunter auch Komponenten aus der Serienfertigung.

Im Detail

Additive Fertigung oder 3D-Druck kann den CO₂-Ausstoß insbesondere in der Luftfahrt nennenswert senken. Hier können bionische Metall-3D-Druck-Leichtbauteile den Kraftstoffbedarf reduzieren und Materialbedarf wie Ausschuss gleichermaßen minimieren. Der großflächige Einsatz erfordert jedoch eine hohe Wirtschaftlichkeit und zuverlässige Qualität. Hier setzt das Projekt Enabl3D an.

Zur Entwicklung einer effizienten Qualitätssicherung haben die Projektpartner Fraunhofer IAPT, VisiConsult GmbH und Imprintec GmbH drei Prüfverfahren kombiniert.

• Eindringprüfung: Messen der Materialeigenschaften direkt am Bauteil (Zugfestigkeit, Streckgrenze, Duktilität, Anisotropie)
• Hochauflösendes Prozessmonitoring: Nachweis der Prozessstabilität, um kritische Bereiche zu identifizieren und lokal gemessene Eigenschaften auf das Gesamtbauteil zu übertragen.
• µCT-Untersuchungen: Zerstörungsfreie Überprüfung von Bereichen, die bereits im Druckprozess als kritisch identifiziert wurden.

In dem Projekt gelang die Entwicklung eines Verfahrens zur Qualitätsbewertung additiv gefertigter Bauteile: Das In-Situ-Monitoring des Fraunhofer IAPT identifiziert Bereiche, die mit CT-Scans untersucht werden müssen. Die CT-Scans erfolgen robotergestützt und ermöglichen die Extraktion der kritischen Bauteilfehler. Die Eindringprüfung bestimmt lokal die mechanischen Bauteileigenschaften. Ergänzt um Simulationen erlaubt die Kombination der drei Prüfverfahren Rückschlüsse auf die individuellen Bauteileigenschaften.

Im Teilprojekt zur »Integration von Härtemesstechnik« haben das Fraunhofer IPA und die Firma Imprintec GmbH 6-Achs-Industrieroboter angebunden. Es wurden erste erfolgreiche Tests an Bauteilen, auch aus der Serienfertigung, durchgeführt. Dabei konnten die Partner zielführend ihre Kompetenzen im Bereich Fertigungstechnik, Messtechnik und Integration neuer robotergeführter Werkzeuge und Messtechnik einbringen.

Die Ergebnisse ebnen der Additiven Fertigung den Weg in neue Anwendungsbereiche im Bereich der Serien- oder Einzelteilfertigung in Luftfahrt, Automobil- und Medizintechnik.

Der Prüfablauf und die ersten Ergebnisse sind im Video zu sehen.

Einblicke ins Projekt