Fehler beim 3D-Metalldruck mithilfe von Geräuschen erkennen
An der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hat sich ein Team von Wissenschaftlern mit der Frage von Fehlern beim 3D-Metalldruck beschäftigt, insbesondere bei der Verwendung eines Laserverfahrens. Ihr Ziel war es, eine Methode zu entwickeln, die auf der Analyse der Geräusche des 3D-Druckers basiert, um Druckfehler vorherzusehen und somit bessere Ergebnisse zu ermöglichen. Sie untersuchten also die Geräusche einer Maschine während eines fehlerfreien Prozesses und die eines 3D-Druckers, der während des Druckens Fehler aufwies. In Zusammenarbeit mit dem Paul Scherrer Institut (PSI) und der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) platzierte die EPFL ein Mikrofon in der Druckkammer, um Verschiebungen im akustischen Signal bei der Änderung des Zustands des Metallpulvers zu erkennen.
Die Erkennung von Druckfehlern ist nicht neu und in den letzten Jahren haben sich zahlreiche Projekte entwickelt, um zuverlässige und wiederholbare Ergebnisse zu gewährleisten. Dieser Prozess stützt sich in der Regel auf Algorithmen, die in der Lage sind, Schlussfolgerungen aus bereits bekannten Situationen zu ziehen. Folglich sind sie häufig unvollkommen und erfordern recht umfangreiche Testphasen. Die Wissenschaftler der EPFL setzen auf eine Technik, die auf Klängen basiert und wollen sich von der Einschränkung der Tests befreien.
Grafische Darstellung des Versuchsaufbaus zum Abhören von Druckfehlern (Bild: 2023 EPFL / Titouan Veuillet – CC-BY-SA 4.0)
Beim Laserschmelzverfahren wird eine dünne Schicht Metallpulver erhitzt, um das gewünschte Objekt Schicht für Schicht zu formen. Das Material durchläuft also verschiedene Phasen – fest, flüssig und gasförmig -, wodurch dann ein Schmelzbad entsteht. Die EPFL erklärt: „Es kann vorkommen, dass der Prozess aufgrund von Variablen wie dem Winkel des Lasers oder dem Vorhandensein bestimmter geometrischer Attribute im Pulver oder im Werkstück fehlschlägt. Diese Probleme, die als Interregime-Instabilitäten bezeichnet werden, können manchmal zu Übergängen zwischen zwei Schmelzmodi führen, dem Conduction-Regime und dem Keyhole-Regime.“ Die Teams gehen von Röntgenbildern aus, um dieses Bad (in Breite und Tiefe) zu messen und haben eine Methode entwickelt, mit der sie die Veränderungen des Metalls sehen können, wenn es flüssig ist. Mithilfe eines Mikrofons, das in der Druckkammer installiert ist, können sie dann die Geräusche aufzeichnen, die bei den Übergängen zwischen den Regimen entstehen, und eventuelle Verschiebungen feststellen. Sind diese vorhanden, wurde ein Fehler entdeckt.
Der leitende Forscher Milad Hamidi Nasab fügt hinzu: „Die Synergien zwischen der Bildgebung mit dem Röntgen-Synchrotron und akustischen Aufzeichnungen ermöglichen es uns, die Funktionsweise des LPBF-Prozesses in Echtzeit zu verstehen, was die Erkennung von Fehlern, die die Integrität des Produkts gefährden könnten, erleichtert.“ Die Forscher stehen noch am Anfang ihrer Experimente und sind zuversichtlich, was die Zukunft dieser Lösung angeht. Sicher ist, dass sie es ermöglichen dürfte, Teile zuverlässiger und wiederholbar zu konstruieren, was heutzutage für viele Industrieunternehmen ein Schlüsselfaktor ist. Die offizielle Pressemitteilung finden Sie HIER.
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