Erster Schritt in Richtung automatisierte Prozesskette

Trumpf zeigt Automatisierungslösungen für den 3D-Druck

07.10.2018 - Auf der Formnext 2018 zeigt Trumpf an der Anlage TruPrint 5000 Automatisierungslösungen für den 3D-Druck. Zudem präsentiert das Unternehmen, wie sich mit Powder Bed Monitoring und Melt Pool Monitoring die Qualität während des Druckvorgangs überwachen lässt.

Bisher lässt sich 3D-Druck laut Trumpf noch nicht in eine automatisierte Prozesskette einbinden. Die Anlagen würden außerhalb der Produktionslinie stehen und Mitarbeiter sie sie manuell bedienen. In einem ersten Schritt hat Trumpf deshalb die Prozesse innerhalb der Anlage automatisiert. »Das ist notwendig, um langfristig auch die vor- und nachgelagerten Arbeitsschritte anzubinden«, sagt Tobias Baur, Hauptabteilungsleiter 3D-Druck bei Trumpf.

Automatische Deckelabnahme

Auf der Formnext zeigt Trumpf ein neues Verfahren für das automatisierte Handling der Deckel für den Bau- und die Vorratszylinder. Beide Deckel müsste der Mitarbeiter von Hand abnehmen und nach dem Druck wieder aufsetzen. »Bei einer Vorheizung von bis zu 500 Grad Celsius dauert das lange, weil der Bauraum ja erst abkühlen muss«, informiert Baur.

Bei der TruPrint 5000 übernimmt diesen Prozessschritt die Anlage selbst. Beim Bauzylinder tauscht der Beschichter, der beim Druck das Pulver im Bauraum verstreicht, sein Auftragsmedium gegen einen von Trumpf entwickelten Wagen ein. Hier ist ein Einsatz verbaut, auf dem die Deckel liegen bleiben, sobald der Beschichter darüberfährt. Für die Deckel selbst hat Trumpf eine Lagerposition am Rand des Bauraums vorgesehen. Die Vorratszylinder fahren selbstständig nach oben und hängen ihre Deckel dabei an der Decke der Prozesskammer ein. Da sie sich außerhalb des Scanfelds des Lasers befinden, können sie hier bis zum Prozessende bleiben.

Anlage korrigiert Laser und Substratplatte selbstständig

Automatisierung sorgt beim 3D-Druck auch für Prozesssicherheit. Deutlich wird das bei der Scanfeld-Überwachung und Nivellierung bei der TruPrint 5000. Die Scanfeld-Überwachung stellt sicher, dass die drei Laserstrahlen richtig ausgerichtet sind. Dafür haben die Entwickler den Beschichter mit einem Kalibrier-Target versehen, das die Position der Laserstrahlen misst und die Koordinaten an eine Software weitergibt. Die Nivellierung prüft die Position der Substratplatte. Sie erkennt beim Einrichten des Baujobs mit einer Sensorik aus Kamera und Lasermesssystem die Höhe und Ausrichtung. Treten Abweichungen auf, kann der Mitarbeiter die Substratplatte nach den Vorgaben des Messsystems korrigieren.

Monitoring-Lösungen prüfen Qualität nach jeder Schicht

Um die industrielle Fertigung in Serie zu ermöglichen, sind automatisierte Lösungen zur Qualitätssicherung gefragt. Kommt es während des Drucks zu einem Fehler, beispielsweise einer feinen Rille oder einem Fremdkörper im Pulverbett, sind die Bauteile nicht mehr brauchbar. Deshalb hat Trumpf mehrere Verfahren entwickelt, die die Qualität der Bauteile schon während des Drucks prüfen. Dazu gehört das Powder Bed Monitoring, bei dem eine hochauflösende Kamera im Drucker nach jeder Schicht ein Bild des Pulverbetts macht und die Aufnahme an ein IT-System übermittelt. Dieses wertet die Bilder echtzeitnah aus, erkennt Prozessfehler und informiert den Maschinenbediener automatisiert. »Mit den Aufnahmen kann man auch eine Fehleranalyse durchführen und den Prozess nachhaltig verbessern«, betont Baur. Darüber hinaus ordnet das IT-System den Fehler gleich in Kategorien ein und liefert hilfreiche Details zur Behebung.

Auf der Formnext zeigt Trumpf auch das Melt Pool Monitoring, das die Qualität des Schmelzbads automatisiert prüft. Dieser Prozess gilt als besonders sensibel. Schon geringe Abweichungen, zum Beispiel bei der Temperatur im Bauraum oder der Zusammensetzung des Pulvers, können zu Fehlern führen. Beim Melt Pool Monitoring nehmen Dioden im Drucker das Prozessleuchten des Schmelzbades auf. Anschließend gleicht das IT-System die Werte mit den Daten eines Referenzwerkstücks ab und stellt Abweichungen wie ein kälteres Schmelzbad oder eine Überhitzung grafisch dar. Der Maschinenbediener erkennt den Fehler sofort und kann den Prozess stoppen. Wie beim Powder Bed Monitoring erfolgt die Auswertung nach jedem Schichtauftrag.

TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH auf der Formnext 2018:

  • Halle 3.0 - Stand D50