Powder Bed Monitoring und Melt Pool Monitoring: Trumpf reduziert Handarbeit bei 3D-Druck durch Automatisierungen

Beim 3D-Druck fällt vor Druckbeginn viel Handarbeit an. Mit diversen Automatisierungen möchte der Hersteller Trumpf nun dafür sorgen, dass vieles von dieser Handarbeit entfällt und deutlich an Zeit für den Pre-3D-Druckprozess eingespart werden kann. Wir werfen einen Blick auf die Lösung von Trumpf, die erstmals auf der bevorstehenden formnext 2018 in Frankfurt am Main präsentiert werden soll.

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Logo TrumpfIn Frankfurt am Main wird auf der bevorstehenden formnext 2018 das deutsche Technologieunternehmen Trumpf an seiner additiven Fertigungsanlage TruPrint 5000 neue Automatisierungslösungen für den 3D-Druck präsentieren. Die Fachleute zeigen außerdem, wie mittels Powder Bed Monitoring und Melt Pool Monitoring die Qualität im Zuge des Druckvorgangs überwacht werden kann, heißt es in einer schriftlichen Mitteilung an das 3D-grenzenlos Magazin. Trumpf nähert sich damit schneller dem Ziel, per 3D-Druck vollständig automatisiert zu fertigen und seine Kompetenz im Seriendruck weiter auszubauen.

Prozesse innerhalb der Anlage automatisiert

Das Unternehmen hat in einem ersten Schritt die Prozesse innerhalb der Anlage automatisiert, weil dies notwendig ist, um langfristig die vor- und nachgelagerten Arbeitsschritte anzubinden. Die neuen Lösungen sind besonders auf den Prozessstart fokussiert, da hier viel Handarbeit anfällt.

Der TruPrint 5000 3D-Drucker arbeitet mit der Technologie Laser Metal Fusion (LMF) und dem Multilaser-Prinzip. Hierbei schmelzen drei Laser zur gleichen Zeit die Geometrie der Bauteile auf. Die hohe Vorheizung von bis zu 500 Grad Celsius erlaubt es erstmals, hitzebeständige Materialien wie kohlenstoffhaltigen Stahl zu verarbeiten. Die Bearbeitungsqualität bei Werkstoffen wie Titan steigt ebenfalls, weil die Spannungen im Bauteil verringert werden und die Nacharbeit sinkt.

TruPrint5000 3D-Drucker und man am Arbeitspanel
Dank dem automatisierten Prozessstart fallen einige Handgriffe weg (Bild © Trumpf).

„Doppeldeckerprinzip“ beim TruPrint 5000 3D-Drucker

Der TruPrint 5000 ist mit dem „Doppeldeckelprinzip“ ausgerüstet. Hierbei sorgt ein Deckel auf der Prozesskammer dafür, dass die Schutzatmosphäre nach dem Druck für den nächsten Bauauftrag bestehen bleibt. Der zweite Deckel verhindert, dass kein Pulver während des Transports verloren geht. Bislang musste ein Mitarbeiter die zwei Deckel von Hand abnehmen und nach dem Druck wieder aufsetzen. Dieser Arbeitsschritt wird von dem 3D-Drucker selbst übernommen.

Beim Bauzylinder wechselt der Beschichter, der beim Druck das Pulver im Bauraum verstreicht, sein Auftragsmedium gegen einen von Trumpf entwickelten Wagen. Hier wurde ein Einsatz integriert, auf dem sich der Deckel befindet, wenn der Beschichter darüberfährt. Von den Trumpf Entwicklern wurde eine Lagerposition am Rand des Bauraums vorgesehen. Die Vorratszylinder fahren eigenständig nach oben und hängen die Deckel dabei an die Decke der Prozesskammer. Die Deckel befinden sich außerhalb des Laser-Scanfeldes und verbleiben bis zum Prozessende auch hier.

Powder Bed Monitoring erkennt und informiert

In der Mitteilung von Trumpf an das 3D-grenzenlos Magazin wird erklärt, dass von der Anlage die Laser und Substratplatte selbstständig korrigiert werden, was für Prozessicherheit im 3D-Druck sorgt. Beim Powder Bed Monitoring wird mit einer HD-Kamera im Drucker nach jeder Schicht ein Bild des Pulverbetts aufgenommen und die Aufnahme an ein IT-System gesendet. Die Bilder werden automatisiert in Echtzeit ausgewertet, Prozessfehler erkannt und der Maschinenbediener sofort informiert. Die Aufnahmen erlauben eine Fehleranalyse und sorgen für eine nachhaltige Verbesserung des Prozesses. Das IT-System ordnet den Fehler außerdem in Kategorien ein und liefert Details zur Behebung.

Substratplatte
Durch die Nivellierung prüft der 3D-Drucker, ob die Substratplatte richtig ausgerichtet ist (Bild © Trumpf).

Melt Pool Monitoring

Das Melt Pool Monitoring prüft die Qualität des Schmelzbades automatisch. Dieser Arbeitsschritt ist besonders sensibel. Selbst geringe Abweichungen wie beispielsweise die Temperatur im Bauraum oder die Zusammensetzung des Pulvers, können Fehler verursachen.

Dioden im Drucker nehmen das Prozessleuchten des Schmelzbades auf. Im Anschluss erfolgt mit dem IT-System ein Abgleich der Werte mit den Daten eines Referenzwerkstücks und präsentiert Abweichungen wie eine Überhitzung oder kälteres Schmelzbad grafisch. Vom Maschinenbediener werden die Fehler sofort erkannt, worauf er den Prozess gleich stoppen kann. Genau wie beim Powder Bed Monitoring findet die Auswertung nach jedem Schichtauftrag statt. Bei der Industrialisierung des 3D-Drucks kooperiert Trumpf seit 2017 übrigens mit dem Technologiekonzern Siemens. Mehr dazu auch in Zukunft in unserem kostenlosen 3D-Druck-Newsletter (jetzt eintragen lassen).

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