3D Scanning trifft 3D Metalldruck

Der 3D Metalldruck ist eine schnell wachsende Fertigungstechnologie und bietet einzigartige Möglichkeiten für eine flexiblere Produktentwicklung, höhere Leistung und kürzere Lead-Zeiten. Die großen Herausforderungen: Die Kosten im Metalldruck sind relativ hoch und es werden zusätzliche Tragstrukturen benötigt. Viele potentielle Kunden wissen nicht, wie sie die innovative Technologie effizient nutzen und deren Möglichkeiten voll ausschöpfen können.

Das US-amerikanische Unternehmen Qualified Rapid Products (QRP) ist Komplettanbieter von 3D Druckerzeugnissen aus Aluminium, Titan, rostfreiem Edelstahl, Werkzeugstahl, Chrom und Inconel. Der Schwerpunkt liegt auf hochpräzisen Funktionsteilen in kleiner Serie: Wabenfilter, Roboter-Endeffektoren, Prototypen für Stanz- und Pressteile oder Adapter für unterschiedliche Anwendungen. Maßhaltigkeit ist für derartige Teile essentiell. Für die Inspektion dieser kritischen Bauteile verwendet QRP seit 2015 ein geschlossenes Messsystem von AICON. Darüber hinaus hat die Firma eine Toleranzstudie mit dem 3D Scanner durchgeführt.

Alles aus einer Hand: Lieferant, Berater und Designer

Mit seinem Rundum-Service hebt sich QRP klar vom Wettbewerb ab: Neben der Fertigung hochwertiger 3D-gedruckter Metallteile sowie deren Vor- und Nachbearbeitung bietet das Unternehmen seinen Kunden auch Beratung und Designoptimierung an.

QRPs Kunden sind Unternehmen aus der Maschinenbau-Branche mit hohen Ansprüchen an ihre Produkte: diese sollen form- und gewichtsoptimiert sein, preisgünstig und funktionstüchtig. Die Kunden profitieren von den neuen technischen Möglichkeiten, um exakt die benötigte Festigkeit und Größe, das geringe Gewicht und gewünschte Design zu bekommen. Letzten Endes „kaufen“ sie Zeit: Sie bekommen schnelleres Feedback, iterative Konstruktionsprozesse, maßgefertigte Formen, produzieren weniger Teile und brauchen keine eigenen Werkzeuge. Das Ergebnis sind verkürzte Entwicklungszyklen.

Der verwendete 3D Drucker ist auf kleine Teile mit einer sehr hohen Auflösung spezialisiert. In einem besonderen Schmelzverfahren generiert er aus den 3D CAD-Daten Schicht für Schicht Bauteile aus Ein-Komponenten-Metallpulver. QRP legt großen Wert auf die Überprüfung der Teile, um sicherzustellen, dass sie die Erwartungen der Kunden erfüllen.

Mit dem AICON 3D Scanner werden die gefertigten Teile auf ihre Maßhaltigkeit überprüft. Ausrichtungen und Abweichungen zu den CAD-Daten sind im Messreport dokumentiert. Die Datenanalyse erfolgt mit PolyWorks® Inspector; die gemessenen Daten im STL-Format werden mit der Referenzgeometrie verglichen. Den Kunden von QRP sind objektive Daten und Konturdiagramme sehr wichtig. Die Anforderungen variieren von einfachen Konturdiagrammen mit präziser Passgenauigkeit über Originalgeometrien bis hin zu Inspektionsplänen mit Ergebnissen für alle kritischen Maße.

Die 3D Scans können zur Herstellung von Replikaten oder zur Generierung einer STL-Datei für CAD oder 3D Druck genutzt werden.

Das zuverlässige System für kleinformatige Scanobjekte

Das geschlossene Messsystem eignet sich für die präzise, automatisierte 3D Digitalisierung kleinformatiger technischer Bauteile. Es ist ausgestattet mit einem Zweikamera-System und Hochleistungs-LEDs. Das Sensorkonzept bietet nicht nur zehnmal mehr Licht, sondern auch eine deutliche bessere Kantenschärfe. Dank der optimierten Datenerfassung und schnellen Auswertung stehen dem Anwender die präzisen 3D Daten innerhalb kurzer Zeit zur Verfügung. Durch die frei positionierbare, zweiachsige Dreh-Schwenk-Einheit erfasst der Scanner selbst komplexe Objektgeometrien. Das geschlossene Gehäuse macht das System unempfindlich gegen Umgebungsstörungen wie Vibrationen, Licht oder Staub. Die Messdaten werden im STL-Format ausgegeben und können mit beliebigen CAD oder Inspektionsprogrammen weiterverarbeitet werden.

Toleranzstudie für den 3D Metalldruck

Eine der häufigsten Kundenfragen ist laut QRP, welche Toleranzen im 3D Metalldruck eingehalten werden können. Diese Frage ist nicht so einfach zu beantworten, denn Toleranzen hängen von verschiedenen Faktoren ab: von der Formgebungsrichtung und der Tragstruktur, aber auch von der Messmethode, der Referenzstruktur und der Art der Messung (z. B. Form, Position etc.).

Um diese Frage ausführlicher beantworten zu können, hat QRP eine Toleranzstudie mit Hilfe des AICON Messsystems durchgeführt. Grundlage war eine einfache Formhälfte mit definierten Form- und Lagetoleranzen (GD&T) sowie Plus-Minus-Toleranzen. Die Form wurde hergestellt und das damit gefertigte Bauteil vermessen. Die Datenanalyse erfolgte auch hier mit PolyWorks® Inspector. Das Bauteil wurde im selben 3D Drucker hergestellt wie die regulären QRP-Produkte.

Das Ergebnis der Studie: Um sicherzustellen, dass das gedruckte Produkt die Anforderungen erfüllt und die Messergebnisse das auch abbilden, müssen mehrere Variablen beibehalten und engmaschig kontrolliert werden. Während der Studie wurde beispielsweise die Trägerstruktur zu stark abgespant, so dass das Bauteil dünner wurde. Während einer regulären Inspektion könnte man argumentieren, dass der Druck fehlerhaft oder das Inspektionswerkzeug zu ungenau ist. In diesem Fall führte ein Fehler des Mechanikers zu einem dünneren Bauteil als gefordert.

Die Studie gibt einen Einblick, wie sehr Toleranzen von Formgebungsrichtung, Trägerstruktur und der Fertigung des Bauteils abhängen. Und es ist eindeutig zu erkennen, welchen Einfluss diese Faktoren auf die endgültigen Abmessungen haben und wie sehr sie die Ergebnisse der 3D Inspektion beeinflussen.

In der Vergangenheit hat QRP seine Messaufgaben mit mechanischen Messschiebern gelöst. Steigende Kundenanforderungen bezüglich Genauigkeit erfordern jedoch optische 3D Messtechnik. Firmenchef Robert Smith ist zufrieden mit der Entscheidung für AICON. Er wollte ein System, dass in kürzester Zeit große Datenmengen erzeugt und in der Lage ist, verschiedene Bilder im STL-Format zu kombinieren: „Das Messsystem ist unglaublich genau und geeignet für die qualifizierte Inspektion und die geometrische Überprüfung. Es ist eine integrierte Lösung und leicht zu handhaben. Die erzielten Ergebnisse sind hochpräzise und zuverlässig. Dank der geschlossenen Bauweise bleibt innen alles sauber und Licht und Lärm draußen.“

 
Wir danken QRP für die freundliche Unterstützung bei der Erstellung dieses Anwenderberichts.