Fraunhofer IPM: F-Scanner Inline-Messsystem erkennt Verschmutzungen auf 3D-gedruckten Metallbauteilen

Das Fraunhofer IPM hat mit dem F-Scanner ein Inline-Messsystem entwickelt, welches Verschmutzungen auf 3D-Bauteilen erkennen kann. Dabei handelt es sich um einen Fluoreszenzscanner. Metallische Bauteile aus dem 3D-Drucker werden bildgebend auf Öl, Späne oder Reinigungsmittel untersucht und jedes einzelne Objekt überprüft.

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Winzige Schmutzpartikel können sich negativ auf Bauteile auswirken. Zum Beispiel bei einer Ölwanne, wenn Ölverunreinigungen dort sitzen, wo später die Dichtungsmasse angebracht werden soll. Die Dichtungsmasse würde an dieser Stelle nicht halten und die Wanne dort undicht sein. Bislang ist es technisch nicht möglich, alle Bauteile bezüglich Restverschmutzungen zu überprüfen. Es würden nur Stichproben durchgeführt, die allerdings einen hohen Zeitaufwand erfordern und auf der anderen Seite keine Auskunft darüber geben, an welcher Stelle sich die Verunreinigung befindet.

In Zukunft haben produzierende Unternehmen einer Pressemitteilung zufolge die Möglichkeit, beim Punkt Verunreinigungen mit dem vom Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik IPM entwickelten Inline-Messsystem F-Scanner zu arbeiten. Mit dem Scanner kann jedes einzelne Metall-Bauteil inline während der Fertigung vermessen und sodann festgestellt werden, wo genau sich Schmutzpartikel befinden. Das funktioniert auch, wenn die Metallteile mit einem 3D-Drucker gefertigt werden. Das Gerät kann kleinste Verunreinigungen oder Ölfilme von weniger als 10 Milligramm pro Quadratmeter ortsaufgelöst identifizieren. Ein Forscherteam des Fraunhofer Instituts für Laser und Optik hat ein EHLA-Verfahren für die optimierte Beschichtung von Metallteilen entwickelt. Mit dem Verfahren lassen sich Metallteile gegenüber dem klassischen Laserpunktschweißen um 100 bis 250 mal schneller beschichten.

Inline-Messsystem F-Scanner.
Mit dem Inline-Messsystem F-Scanner lassen sich auf den 3D-gedruckten Metallteilen kleinste Verschmutzungen aufspüren (Bild © Fraunhofer IPG).

Der Scanner strahlt mit einem UV-Laser einen kleinen punktförmigen Bereich des Bauteils an, hierbei kann es sich etwa um eine Ölwanne handeln, die auf dem Fließband von Punkt A nach Punkte B läuft. Wenn sich darauf Öl, Reste von organischen Reinigungssubstanzen oder Fasern auf der Oberfläche befinden sollten, strahlen sie ein sichtbares Fluoreszenzlicht aus als Antwort auf das UV-Licht. Das Licht wird von einem Detektor aufgefangen und dieser ist dazu in der Lage Verunreinigungen sehr genau zu erkennen.

Ein Scanner gewährleistet eine sehr schnelle Abtastung der Oberfläche mit dem Laserstrahl. Rund 200 mal pro Sekunde scannt der Laserstrahl über das Objekt hinweg. Der Qualitätsmanager erhält dadurch ein Bild, auf dem eventuelle Verschmutzungen sofort erkennbar sind. Der F-Scanner kann auch die eigentlich nicht fluoreszierenden Bauteilspäne, welche aus Vorverarbeitungsschritten am Prüfstand hängen geblieben sind, erkennen. Die Bauteile werden nach der Vorverarbeitung mit Wasser oder Luft gereinigt, weshalb nur Späne daran haften, die mit Öl oder anderen Substanzen verunreinigt sind und diese fluoreszieren.

Die Ortsauflösung und Geschwindigkeit des Systems ist an die jeweiligen Bedingungen anpassbar, wie zum Beispiel die Taktrate im Produktionsbetrieb. Der Einsatz des F-Scanners ist neben metallischen Bauteilen auch mit anderen Materialien möglich, doch in diesem Fall sind spezifische Untersuchungen erforderlich. Das Inline-Messsystem wird auf der Messe Parts2Clean, die vom 24. bis 26. Oktober 2017 in Stuttgart stattfindet, am Stand C31 in Halle 5 vorgestellt.

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