3D-Scanning für eine verbesserte Qualitätssicherung bei additiven Fertigungsverfahren für große Teile

Anwendungen: Produktentwicklung und Design, Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung (QC und QA)
Branchen: Fertigung, Schwerindustrie

Herstellung großer und komplexer Teile in der additiven Fertigung

Der Einsatz additiver Fertigungsverfahren und -technologien, wie etwa 3D-Druck, bietet Unternehmen in verschiedensten Branchen enorme Vorteile bei der Herstellung von leichten und gleichzeitig widerstandsfähigen Teilen. Von der beschleunigten Prototypenentwicklung über die erhöhte Agilität bei der kundenspezifischen Anpassung von Designs bis zur deutlichen Verringerung von überschüssigen Beständen, die additive Fertigung bietet Herstellern eine bisher unerreichte Effizienz und Kosteneinsparungen bei ihren Betriebsabläufen.

Trotz all dieser Vorteile bestehen weiterhin einige zentrale Herausforderungen für die additive Fertigung, insbesondere hinsichtlich der Qualitätssicherung: Einschränkungen hinsichtlich der Größe, beständige Qualität und eingeschränkte Skalierbarkeit. Sehen wir uns diese Probleme etwas genauer an.

Gewährleistung einer einheitlichen Qualität von 3D-gedruckten Teilen

Fertigungsteams sehen sich bei der Produktion von Komponenten oft mit Problemen hinsichtlich der Beständigkeit der Qualität konfrontiert, insbesondere bei Metallteilen.

Im additiven Fertigungsverfahren werden Teile Schicht für Schicht 3D-gedruckt. Die Stärke der Schichtebenen ist jedoch nicht immer einheitlich. Theoretisch können Techniker jede aufgetragene Schicht prüfen; in der Realität wäre dies jedoch zeitaufwändig, ineffizient und anfällig für menschliches Versagen.

Prüfteams für additive Fertigungsverfahren benötigen Lösungen, mit denen sie schneller sicherstellen können, dass jedes Teil einheitlich 3D-gedruckt wird und sowohl der ursprünglichen Entwurfsabsicht als auch den erwarteten Toleranzen entspricht.

Durchführung von Prüfungen bei besonders großen Teilen und hohen Temperaturen

Moderne 3D-Drucker können heute viel größere Komponenten herstellen als ihre Vorgänger. Die Größe bleibt jedoch auch weiterhin problematisch hinsichtlich der Qualitätssicherung an sehr großen Teilen, die mehrere Meter messen und mehrere Hundert Kilos wiegen können.

Herkömmliche Qualitätssicherungssysteme, wie etwa kontaktfreie Koordinatenmessgeräte (CMMs), können diese Herausforderungen bei der Prüfung nicht lösen, da aufgrund fehlender qualifizierter Messtechniker oder dem schieren Produktionsvolumen Engpässe entstehen. Zudem kann der Transport von besonders großen Teilen zur CMM umständlich, arbeitsintensiv oder schlichtweg unmöglich sein.

Im Falle von Herstellern, die Teile bei extrem hohen Temperaturen produzieren, müssen die Prüfteams zudem vor der Qualitätsprüfung warten, bis die Teile abgekühlt sind. Dies kann zu Beeinträchtigungen des Zeitplans und Durchsatzes führen.

Beschleunigte Prozesse für die Qualitätssicherung

In der heutigen Wettbewerbslandschaft ist Timing von zentraler Bedeutung – insbesondere im Hinblick auf die kritischen Zeiträume bei der Einführung neuer Produkte auf dem Markt oder der Lieferung von Produkten an B2B-Kunden.

Tritt ein plötzlicher Anstieg bei der Nachfrage auf, ist die Produktionsgeschwindigkeit ebenfalls entscheidend. Daher investieren Anbieter für additive Fertigung in neue Systeme zur Unterstützung der Massenproduktion. Diese Anforderungen hinsichtlich der Geschwindigkeit gelten jedoch auch für die Qualitätssicherung.

Ob es sich um ein CMM handelt, das aufgrund von Prüfungen ständig belegt ist, oder die fehlende Möglichkeit, In-Line-Inspektionen durchzuführen, Additiv-Hersteller benötigen moderne Verfahren für die Qualitätssicherung, um mangelhafte Teile und Abweichungen vor der Auslieferung zu erkennen.

Metrascan3d von Lincoln Electric für die additive Fertigung.

Tragbare und schnelle 3D-Scantechnologien für die Qualitätssicherung im Rahmen von additiven Fertigungsprozessen

3D-Messtechnik, einschließlich tragbarer 3D-Scanner und optischer CMMs, hat sich als Segen für Anbieter additiver Fertigung erwiesen, welche die genannten Probleme bei der Qualitätssicherung verringern und hochwertigere Teile herstellen möchten.

Tragbarkeit: Techniker im Bereich der Qualitätssicherung können 3D-Scantechnik direkt im Produktionsbereich einsetzen, wo auch immer dies erforderlich ist. Insbesondere große Komponenten müssen somit nicht bewegt werden. 3D-Scanner können in jeder beliebigen Umgebung eingesetzt werden, unabhängig von Temperaturschwankungen, Staub oder sonstigen rauen Bedingungen.

Genauigkeit: 3D-Scanner bieten hochauflösende und hochwertige Daten für eine bessere Prüfung von Teilen jeder Art, ungeachtet ihrer Größe, Komplexität, Geometrie, ihres Materials und ihrer Oberflächenbeschaffenheit. 3D-Scanner sind beispielsweise ideal für die Prüfung der Qualität von Metallteilen geeignet, die gerade 3D-gedruckt wurden – selbst wenn sie noch heiß sind. Zusätzlich können die Komponenten jederzeit während des 3D-Druckvorgangs gescannt werden.

Geschwindigkeit: Schnelle Datenerfassungszeiten bedeuten, dass die Qualitätssicherungsteams große Teile in einigen Minuten statt in einigen Stunden 3D-scannen können. Die Netze lassen sich für weitere Analysen oder Design-Änderungen direkt zu einer 3D-Druck- oder CAD-Software exportieren. Die Möglichkeit zum Scannen der Teile noch im heißen Zustand verschafft den Teams eine deutlich erhöhte Produktivität und beschleunigt so die Arbeit des Unternehmens.

3D-Messtechnik, wie etwa der HandySCAN 3D Scanner und der MetraSCAN 3D, sind beliebte Lösungen, die in der additiven Fertigung eingesetzt werden.

Metrascan3d von Lincoln Electric für die additive Fertigung.

Großformatige Teile können schneller und präziser geprüft werden

Dank 3D-Scannern können Teams für additive Fertigung sich sicher sein, dass ihre 3D-Messdaten zuverlässig, wiederholbar und genau sind. Dies ist von wesentlicher Bedeutung für Unternehmen, welche die Vorteile des 3D-Drucks nutzen und gleichzeitig das vom Kunden erwartete Qualitätsniveau für ihre Teile beibehalten möchten.

Maximale Vielseitigkeit

Mit handgeführten 3D-Scannern können Ingenieure und Techniker im Bereich der additiven Fertigung Teile in kurzer Zeit für die In-Line- oder At-Line-Prüfung scannen, wodurch deutliche Zeiteinsparungen erreicht und der Durchsatz erhöht wird.

Verbesserte Prototypenentwicklung und Qualitätssicherung

Beim 3D-Druck eines Teils, ob in der Prototypen- oder der Qualitätssicherungsphase, können noch vor dem ersten Produktionslauf hochpräzise Messungen erfasst und auf Abweichungen oder Designprobleme analysiert werden.

Verbesserte Teilequalität für Produktionsläufe mit hohem Volumen

Teams für die additive Fertigung können sich sicher sein, dass ihre Designs und Entscheidungen bei der Qualitätssicherung auf präzisen Daten beruhen, wodurch sichergestellt wird, dass die Endprodukte den Qualitätsanforderungen der Kunden entsprechen. Zusätzlich erlauben 3D-Scanner es dem Hersteller, verschiedene Teile gleichzeitig zu prüfen und so den Zeitaufwand für die Qualitätssicherung bei hochvolumigen Produktionszyklen zu verringern.

Kunde: Lincoln Electric Additive Solutions

Lincoln Electric Additive Solutions ist auf die Herstellung großformatiger Metallteile mittels additiver Fertigung spezialisiert.

Das Team setzt Stahl, Edelstahl, Nickeleisen, Nickellegierungen und Nickel-Aluminium-Bronze zur Entwicklung von Prototypen und Ersatzteilen für Metallteile ein. Ihr Kundenstamm reicht vom Luft- und Raumfahrt- über den Schwermaschinen- bis hin zum Transportsektor.

Das Unternehmen setzt den HandySCAN 3D Scanner und die optische CMM MetraSCAN 3D ein, um in kurzer Zeit die Abmessungen sowie die Qualität großer 3D-gedruckter Teile frühzeitig im Herstellungsprozess zu überprüfen. Hierdurch konnten sowohl die Prüfzeiten als auch kostspielige Produktionsfehler verringert werden.

Mark Douglas, Business Development Manager bei Lincoln Electric Additive Solutions, erläutert den enormen Mehrwert, den 3D-Scantechnik für ihre additiven Fertigungsprozesse bietet: „Wir können uns sicher sein, dass jedes Teil, das unser Werk verlässt, den Erwartungen unserer Kunden entspricht.“