Qualitätssicherung und Prüfung von additiv gefertigten Bauteilen im Fused Filament Fabrication-Verfahren

Inline-Inspektion des additiven Fertigungsprozesses mit Infrarotkameras von Optris

Herausforderung

Beim Fused Filament Fabrication führen ungleichmäßige Temperaturverteilungen zu schlechter Haftung der ersten Schicht, Rissen, Delamination und unzureichendem Infill – was die mechanische Festigkeit und Oberflächenqualität beeinträchtigt. Eine stabile und optimale thermische Prozessführung ist entscheidend, um Defekte zu vermeiden und Maßhaltigkeit sicherzustellen.

Lösung

Durch die Überwachung der thermischen Profile in Echtzeit ermöglichen Infrarotkameras eine sofortige Erkennung und Korrektur temperaturbedingter Probleme während des Drucks. Diese In-situ-Feedback-Schleife verbessert die Prozesskontrolle, optimiert die Schichtverbindung und erkennt Strukturfehler und Oberflächenmängel, ohne den Produktionsprozess zu unterbrechen.

Vorteile

Verhindert Ablösungen der ersten Schicht durch stabile Bett- und Düsentemperaturen
Erhöht die strukturelle Integrität durch frühzeitige Erkennung von Rissen und Delamination
Reduziert Ausschuss durch Echtzeiterkennung unzureichender Infill- oder Hohlstrukturen
Minimiert Oberflächenrauheit und Unregelmäßigkeiten durch aktive Prozessanpassung
Unterstützt die zuverlässige Produktion sicherheitskritischer 3D-gedruckter Komponenten

Optimierung der Parameter für die Fused Filament Fabrication: Bekämpfung von Problemen mit Haftung, Verstopfung, Delaminierung und Füllung

Optimierung der Fused Filament Fabrication-Parameter: Bekämpfung von Haftungsproblemen, Verstopfungen, Delamination und Infill-Fehlern

Fused Filament Fabrication (FFF), auch als Strangablegeverfahren bekannt, ist eine weit verbreitete Methode der additiven Fertigung. Bei diesem Verfahren wird geschmolzener Kunststofffilament Schicht für Schicht aufgetragen, um dreidimensionale Objekte herzustellen. Die in der FFF verwendeten Kunststoffe sind dieselben Thermoplaste, die auch in konventionellen Fertigungsverfahren eingesetzt werden – daher ist Kunststoff das am häufigsten verwendete Material für 3D-Druck in FFF und anderen Extrusion Additive Manufacturing (EAM)-Varianten. Es können verschiedene Polymere eingesetzt werden, darunter Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonat (PC), Polymilchsäure (PLA), Hochdichtes Polyethylen (HDPE), PC/ABS, Polyethylenterephthalat (PETG), Polyphenylsulfon (PPSU) und schlagzähes Polystyrol (HIPS). Diese Materialien eignen sich hervorragend für die Messung mit langwelligen Infrarotsensoren.

Die Temperatur ist ein entscheidender Faktor im FFF-Prozess, da sie die Qualität der gedruckten Teile direkt beeinflusst. Verschiedene Parameter wie Düsentemperatur, Druckbett-Temperatur, Druckgeschwindigkeit und Materialflussrate werden für den Extrusionsprozess festgelegt. Kommt es bei diesen Parametern zu Abweichungen, entstehen Produkte außerhalb der Fertigungstoleranzen.

Eine der häufigsten Herausforderungen beim Fused Filament Fabrication ist die unzureichende Haftung der ersten Schicht auf der Druckplattform. Dies führt zu Verformungen und Ablösungen, wodurch das gesamte Druckobjekt unbrauchbar wird. Die Temperaturverteilung spielt hierbei eine entscheidende Rolle, da Druckbett- und Düsentemperatur exakt aufeinander abgestimmt sein müssen, um optimale Haftung zu gewährleisten.

Ein weiteres häufiges Problem sind Materialrisse und Delamination, verursacht durch ungleichmäßige Abkühlung und innere Spannungen im Bauteil. Diese Defekte können die mechanischen Eigenschaften und die strukturelle Integrität des Druckobjekts erheblich beeinträchtigen.

Da all diese Probleme teilweise temperaturbedingt sind, wird deutlich, dass eine robuste und zuverlässige Temperaturüberwachung nicht nur eine Empfehlung, sondern eine Notwendigkeit ist. Eine solche Methode ist entscheidend, um diese Fehler zu erkennen und zu beheben und somit die Qualität und Integrität der gedruckten Objekte sicherzustellen.

In-situ-Rückkopplungsschleife durch Wärmebildkamera verbessert Extrusionsprozess

In-situ-Feedback-Schleife durch Wärmebildkamera verbessert den Extrusionsprozess

Die Optris PI 640i Wärmebildkamera bietet eine fortschrittliche Lösung für die Qualitätssicherung im Fused Filament Fabrication (FFF)-Prozess, indem sie eine präzise Überwachung und Analyse der Temperaturverteilung während und nach dem Druck ermöglicht. Die Wärmebildkamera ist entscheidend für die Erkennung und Beseitigung typischer Probleme wie unzureichende Haftung, Risse, Delamination, Lufteinschlüsse und Oberflächenfehler.

Während des Druckvorgangs nutzt die Optris PI 640i passive Thermografie, um die prozessbedingte Erwärmung des Materials zu überwachen. Durch die Anzeige der Temperaturverteilung in Echtzeit kann die Kamera Abweichungen und Anomalien sofort erkennen und so eine zuverlässige Prozessüberwachung gewährleisten. Beispielsweise kann eine ungleichmäßige Erwärmung der ersten Schicht, die zu Verformung oder Ablösung führt, frühzeitig erkannt und korrigiert werden.

Um interne Defekte wie Hohlräume zu erkennen, wird das Bauteil gezielt erhitzt, und die anschließende Temperaturmessung ermöglicht die präzise Lokalisierung unzureichender Infill-Strukturen. Dieses zerstörungsfreie In-situ-Feedback ist besonders bei sicherheitsrelevanten Produkten von großer Bedeutung.

Die PI 640i hochauflösende Infrarotkamera hilft außerdem, Oberflächenfehler zu erkennen. Ungleichmäßige Schichtlinien und Oberflächenrauhigkeiten, verursacht durch Materialfluss-Schwankungen oder mechanische Probleme am Drucker, können zuverlässig minimiert werden.

Die Wärmebildkamera liefert detaillierte thermografische Daten, die eine sofortige Analyse und Anpassung der Druckparameter ermöglichen, um eine gleichmäßige und hochwertige Oberflächenstruktur zu erzielen.

Konsistente Qualität bei der Fused Filament Fabrication mit präzisen Wärmebildkameras

Konstante Qualität in der Fused Filament Fabrication durch präzise Wärmebildkameras

Die PI 640i bietet im FFF-Prozess erhebliche Vorteile – insbesondere durch ihre hohe Auflösung und thermische Empfindlichkeit. Mit einer optischen Auflösung von 640 x 480 Pixeln und einer hervorragenden thermischen Empfindlichkeit von 40 mK ermöglicht sie äußerst präzise Temperaturmessungen. Dies ist besonders wichtig, da gleichmäßige und kontrollierte Temperaturen von Düse und Druckbett entscheidend für die Qualität der gedruckten Teile sind.

Ein weiterer Vorteil der PI 640i ist ihre Fähigkeit, radiometrische Videos mit einer Bildfrequenz von 32 Hz und sogar 125 Hz im Subframe-Modus aufzunehmen. Diese hohe Bildrate erlaubt eine präzise Überwachung und Analyse schneller Temperaturänderungen und dynamischer Prozesse im 3D-Druck.

Dank austauschbarer Objektive bietet die PI 640i hohe Flexibilität. Die verfügbaren Optiken (15°, 33°, 60° und 90°) ermöglichen die Anpassung an verschiedene Druckergrößen und Anwendungen. Anwender können Fokus und Sichtfeld an die jeweiligen Anforderungen anpassen, was die Vielseitigkeit der Kamera deutlich erhöht.

Mit ihrem robusten Design bietet die PI 640i eine hohe Widerstandsfähigkeit. Sie ist für den industriellen Einsatz konzipiert, verfügt über die Schutzklasse IP67, ist staub- und wasserdicht und arbeitet zuverlässig bei Umgebungstemperaturen zwischen 0 °C und 50 °C. Mit zusätzlichen Zubehörteilen lässt sich ihre Robustheit weiter erhöhen, sodass sie auch unter anspruchsvollen Bedingungen zuverlässig funktioniert.

Verschiedene Schnittstellen und ein umfassendes Softwarepaket erleichtern die Integration in bestehende Systeme. Die Kamera kann über USB 2.0 oder optional über eine Gigabit-Ethernet-(PoE)-Schnittstelle verbunden werden. Das Softwarepaket Optris PIX Connect ermöglicht eine einfache Einrichtung und Fernüberwachung der Kamera.
Darüber hinaus bietet die Kamera mehrere industrielle Prozessschnittstellen, darunter analoge und digitale Ein- und Ausgänge sowie Relais für Alarm- und Sicherheitsfunktionen.

Empfohlene Produkte

Stationäre Wärmebildkamera PI640i Optris

-20 – 1500 °C
640 × 480 px
bis zu 125 Hz
USB

PI 640i LT Wärmebildkamera mit VGA-Auflösung

Die PI 640i ist eine hochleistungsfähige Infrarotkamera, die den Anforderungen anspruchsvoller Forschender ebenso wie jener von Verfahrensingenieuren gerecht wird. Diese Wärmebildkamera ist kompakt, leistungsfähig und…

Organische Materialien

Keramik

-20 – 1500 °C
382 × 288 px
80 Hz
USB

Xi 400 LT USB

Die kompakte industrielle Optris Xi 400 LT USB ist eine stationäre, USB-basierte Wärmebildkamera für den industriellen Einsatz. Die hohe Bildfrequenz von bis zu 80 Hz…

-20 – 900 °C
640 × 480 px
32 Hz
USB

Xi 640 LT USB

Die Optris Xi 640 ist eine USB-basierte stationäre Infrarotkamera mit einer optischen Auflösung von 640 x 480 Pixeln. Sie arbeitet mit einer Bildrate von 32…

Organische Materialien

Verbund - werkstoffe

New

Herunterladen

DATASHEET

PDF - 789.66 KB

Xi 400 Datasheet

DATASHEET

PDF - 694.31 KB