Qualitätssicherung in der additiven Fertigung: CT-Prüfung für 3D-Druck-Bauteile
Additive Fertigung kann nahezu jede Geometrie realisieren. Aber genau das macht die Qualitätssicherung so anspruchsvoll: Innenliegende Gitterstrukturen, Kanäle, Hinterschneidungen und komplexe Wandstärkenverläufe lassen sich von außen weder sehen noch messen. Die Qualität eines additiv gefertigten Bauteils entscheidet sich im Inneren, Schicht für Schicht.
Industrielle Computertomographie ist das einzige Prüfverfahren, das ein 3D-Druck-Bauteil vollständig erfasst: Geometrie, innere Struktur, Defekte und Materialverteilung in einem einzigen Scan. Zerstörungsfrei, rückführbar und ohne das Bauteil zu berühren. Für Unternehmen, die additiv gefertigte Bauteile in der Automobilindustrie, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt oder im Maschinenbau einsetzen, ist CT die Methode, die aus einem Fertigungsverfahren mit vielen Einflussfaktoren einen kontrollierbaren Prozess macht.
Warum CT? Weil 3D-Druck-Qualität von innen kommt.
Der Druckprozess in der additiven Fertigung metallischer Bauteile wird von mehr als 50 Parametern beeinflusst: Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Schichtdicke, Pulverqualität, Schutzgasatmosphäre, Bauraumtemperatur und viele mehr. Jeder dieser Einflussfaktoren kann Defekte verursachen, die an der Oberfläche des Bauteils nicht sichtbar sind.
Optische Verfahren und 3D-Scanner erfassen nur die Außenkontur. Taktile Messtechnik misst einzelne Punkte. Beide Methoden sind blind für das, was im Inneren eines additiv gefertigten Bauteils passiert. CT dagegen durchstrahlt das gesamte Bauteil und erzeugt ein vollständiges 3D-Volumenmodell, in dem jeder Defekt, jede Geometrieabweichung und jede Wandstärke identifiziert und quantifiziert werden kann. In einem einzigen Scan, zerstörungsfrei.
Die CT ermöglicht es dabei auch, komplexe Bauteile ganzheitlich zu erfassen, inklusive verborgener und schwer zugänglicher Oberflächen und Ungänzen. Topologieoptimierte Leichtbauteile, organische Gitterstrukturen, innenliegende Kühlkanäle: All diese Geometrien, die konventionelle Prüfverfahren überfordern, sind für CT Standardaufgaben. Anschließend kann der Scan des Real-Bauteils mit dem Soll-Bauteil verglichen werden, über jede noch so komplexe Oberfläche hinweg.
Typische Fehler bei additiv gefertigten Bauteilen aus Metall
Bei Verfahren der additiven Fertigung metallischer Werkstoffe wie SLM (Selective Laser Melting), EBM (Electron Beam Melting) oder DMLS (Direct Metal Laser Sintering) entstehen spezifische Defekte, die sich nur durch einen Blick ins Innere des Bauteils erkennen lassen.
Porosität
Die Anzahl der Poren beeinflusst die Dichte des Bauteils maßgeblich. Viele Poren führen zu einer geringen Dichte und beeinflussen die mechanischen Eigenschaften. Eine hohe Porosität kann besonders bei großen Belastungen zu Rissen oder anderen Beschädigungen [infolge lokaler Spannungsspitzen ] führen. CT erfasst jede einzelne Pore und ermöglicht eine statistische Bewertung: Anzahl, Größe, Verteilung und Position werden dokumentiert. Auf dieser Basis lassen sich die Bauteileigenschaften beurteilen und der Druckprozess gezielt optimieren.
Risse und Verwerfungen
Stützstrukturreste
An schwer zugänglichen Stellen bleiben Stützstrukturen nach dem Post-Processing häufig unentdeckt. CT lokalisiert diese Reste in Hohlräumen und Kanälen, wo sie die Funktion des Bauteils beeinträchtigen können.
Einschlüsse und Lack of Fusion
An schwer zugänglichen Stellen bleiben Supportstrukturen nach dem Post-Processing häufig unentdeckt. CT lokalisiert diese Reste in Hohlräumen und Kanälen, wo sie die Funktion des Bauteils beeinträchtigen können.
Maßabweichungen und Wandstärken
Neben Materialdefekten prüft CT auch die Geometrie: Ein Soll-Ist-Vergleich gegen die CAD-Daten zeigt Abweichungen durch Verzug, Schrumpfung oder thermischen Verzug farbcodiert und quantifiziert, über das gesamte Bauteil hinweg. Topologieoptimierte Bauteile mit variablen Wandstärken werden auf zu dünne Wände untersucht, die die mechanische Belastbarkeit gefährden. So entsteht ein vollständiges Bild der Qualität eines additiv gefertigten Bauteils.
Probleme bei additiv gefertigten Bauteilen aus Kunststoff
Bei der Herstellung von Bauteilen mit 3D-Kunststoffdruck (FDM/FFF, SLS, MJF) treten andere Fehlerbilder auf als bei Metall. Typische Beispiele:
Verzug durch Abkühlspannung: Ungleichmäßiges Abkühlen führt zu Verformungen, die von der CAD-Vorgabe abweichen. CT zeigt die tatsächliche Geometrie im Vergleich zum Soll.
Über- oder Unterextrusion: Zu viel oder zu wenig Material pro Schicht beeinflusst Wandstärken, Dichte und mechanische Eigenschaften des Bauteils. CT macht diese Schwankungen über das gesamte Volumen sichtbar.
Ablösen von Schichten (Delamination): Die Ursachen sind unterschiedlich. Eine Unterextrusion kann zu mangelnder Schichthaftung oder nicht geschlossenen Flächen führen. Andere Gründe: Die Schichten lösen sich aufgrund einer zu großen Schichthöhe bezogen auf den Düsendurchmesser oder zu niedriger Drucktemperaturen.
Lokale Überhitzung und Fädenziehen: Beides beeinflusst die Oberflächenbeschaffenheit und kann zu Geometrieabweichungen führen.
Ein Blick in die inneren Strukturen ermöglicht es, mangelhafte Bauteile auszusortieren und Anhaltspunkte für die Optimierung der zukünftigen Fertigung zu gewinnen. Sind Sie unsicher, ob die gefertigten Teile Ihren Qualitätsanforderungen genügen? Industrielle Computertomographie verschafft Gewissheit. Das Beste: Mit dieser zerstörungsfreien Prüfmethode können alle geprüften Teile nach der Inspektion weiterverwendet werden.
CT-Prüfung additiv gefertigter Bauteile bei Microvista
Microvista prüft additiv gefertigte Bauteile aus Metall, Kunststoff und Verbundwerkstoffen. Unsere industriellen CT-Systeme erfassen Objekte mit einem max. Hüllkreis von 715 mm und bis zu 1600 mm Länge. Die Auflösung im Mikrometerbereich macht selbst kleinste Poren und Fehlstellen sichtbar.
Leistungen für die additive Fertigung:
- Porositätsanalyse mit statistischer Auswertung (Anzahl, Größe, Verteilung, Position)
- Soll-Ist-Vergleich gegen CAD-Daten mit farbcodierter Abweichungsdarstellung
- Wandstärkenanalyse und Verzugsmessung
- Prüfung innenliegender Kanäle und Gitterstrukturen
- Fehleranalyse bei Bauteilversagen oder Reklamation
- Erstmusterprüfung und Serienbegleitung
- Rückführbare Messdaten für Zertifizierung und Qualitätsmanagement
Mit der von uns durchgeführten industriellen CT können einzelne Schichten eines Bauteils auf zweidimensionale Weise untersucht oder das gesamte Volumen in 3D dargestellt werden. Durch unsere fortschrittlichen CTs und unsere Software ist eine automatische, schnelle und kostengünstige Prüfung möglich. Die Anzeigenerkennbarkeit ist dabei abhängig von der kumulierten Wandstärke und dem Material, da jedes Material eine unterschiedlich hohe Röntgenabsorption besitzt.
Wir arbeiten mit Herstellern, Zulieferern und Auftragsfertigern der additiven Fertigung zusammen. Ob Einzelbauteil in der Entwicklung, Prüfkörper zur Prozessqualifizierung oder wiederkehrende Qualitätskontrolle in der Serienfertigung: Wir passen den Prüfumfang an Ihre Anforderungen und Qualitätsstandards an.
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