Nutzung von In-Situ-Prozessmonitoring-Systemen zur Bauteilfehlererkennung beim additiven Laserstrahlschmelzen

Mit den stetig verbesserten Softwaretools werden viele Hemmnisse beim Einsatz der additiven Fertigungstechnologien abgebaut. Der Konstrukteur wird bei der Bauteilauslegung unterstützt. Jedoch liegen einige Unwägbarkeiten noch im Schmelzprozess selbst. Die eruierten Parameter für die Laserstrahlschmelzanlagen, welche die eingebrachte Streckenenergie beeinflussen, berücksichtigen nicht alle geometrischen Besonderheiten am Bauteil. Praktisch sind Gitterstrukturen anders zu belichten als massive Geometriebereiche. Frei stehende Bauteile weisen andere Eigenschaften auf als Bauteile, welche im Nest mit anderen Bauteilen gefertigt werden. Diese Inhomogenität der Bauteileigenschaften infolge des Fertigungsprozesses ist für viele Branchen nicht hinnehmbar. Allen voran muss für sicherheitsrelevante Bauteile, wie diese für die Flugzeugindustrie notwendig sind, der Prozess stabil in allen Geometriebereichen arbeiten. Die frühzeitige Erkennung von Abweichungen vom Sollzustand spart Kosten. Zur Erfüllung dieser Anforderungen entwickeln die Anlagenhersteller Prozessüberwachungssysteme mit dem Ziel, Unregelmäßigkeiten am Bauteil während des Bauprozesses zu erkennen. Bei der am Fraunhofer IWU eingesetzten Concept Laser M2 sind zur Schmelzbadüberwachung eine Photodiode und eine Kamera im Strahlengang installiert. Deren Daten werden mit 15 kHz geschrieben. Die zur Verfügung gestellten Hilfsmittel zur Datenauswertung und Qualitätssicherung erfüllen noch nicht die Anforderungen, um die Bauteilqualität ohne aufwendige, nachgeschaltete Prüfprozeduren zu bewerten. In diesem Artikel werden die ersten Ergebnisse des Fraunhofer IWU zur Prüfprozedur-Substitution mittels künstlicher neuronaler Netze vorgestellt.