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Dichte & Porosität in der additiven Fertigung: Ein tiefgreifendes Verständnis

Dichte & Porosität in der additiven Fertigung: Ein tiefgreifendes Verständnis

Was Sie hier erwartet:

  1. Einleitung
  2. Das Zusammenspiel von Dichte und Porosität
  3. Einflussfaktoren und Kontrolle
  4. Qualitätssicherung durch automatisierte Dichtemessung
  5. Fazit

Einleitung

Die additive Fertigung hat sich inzwischen als revolutionäre Technologie in der Fertigungsindustrie etabliert. Ein Hauptgrund für den Einsatz von additiven Fertigungsverfahren ist die Designfreiheit und die hohe Flexibilität hinsichtlich zu produzierender Aufträge, da keine Werkzeugwechsel mehr notwendig sind. Für den erfolgreichen Einsatz dieser Technologie ist eine zuverlässige Qualitätsbeurteilung der oft unterschiedlichen Baujobs notwendig. Für die Qualität und Zuverlässigkeit ist die Dichte bzw. Porosität von großer Bedeutung. Denn bei einer zu hohen Porosität in den gedruckten Bauteilen, droht ein strukturelles Versagen unter Belastung. Somit spielt die Dichtemessung eine zentrale Rolle in der Qualitätssicherung, da sie direkte Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften und die Integrität des Bauteils ermöglicht. Sie sind nicht nur entscheidende Indikatoren für die Qualität eines hergestellten Bauteils, sondern stehen auch in einem direkten Verhältnis zueinander. Doch wie genau beeinflussen sie sich gegenseitig, und warum ist dieses Verhältnis so entscheidend?

Das Zusammenspiel von Dichte und Porosität

Die Dichte eines Materials in der additiven Fertigung gibt an, wie kompakt die Materie in einem bestimmten Volumen verteilt ist. Ein höherer Dichtewert weist auf ein kompakteres Material hin, das weniger Hohlräume oder Poren enthält.

Die Porosität hingegen beschreibt den Anteil dieser Hohlräume oder Poren im Material. Ein Material mit hoher Porosität hat viele solcher Hohlräume und daher eine geringere Dichte. Ein niedriger Porositätswert bedeutet, dass das Material dichter und weniger porös ist.

In der additiven Fertigung kann die Porosität eines Bauteils seine mechanischen Eigenschaften erheblich beeinflussen. Ein Bauteil mit hoher Porosität kann anfälliger für Risse oder Brüche sein, da die Poren Schwachstellen im Material darstellen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Porosität während des Fertigungsprozesses zu minimieren, um eine höhere Dichte und somit eine bessere Bauteilqualität zu erreichen.

Einflussfaktoren und Kontrolle

Die Dichte und Porosität in der additiven Fertigung können durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden:

  • Materialauswahl: Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Schmelztemperaturen, Fließeigenschaften und Abkühlraten, die die Dichte und Porosität beeinflussen können.
  • Verarbeitungsgeschwindigkeit: Eine zu schnelle Verarbeitung kann zu unvollständigem Schmelzen oder ungleichmäßiger Abkühlung führen, was die Porosität erhöhen kann.
  • Einstellungen des Fertigungsgeräts: Die Genauigkeit und Kalibrierung des Geräts, der Energieeintrag, Bahnabstände und die Schichtdicke sind nur einige der vielen Einstellungen, die die Dichte und Porosität beeinflussen können.

Um die Dichte und Porosität optimal zu kontrollieren, ist es wichtig, den gesamten Fertigungsprozess genau zu überwachen und bei Bedarf Anpassungen vorzunehmen. Dies kann durch regelmäßige Qualitätskontrollen, Tests und die Verwendung fortschrittlicher Überwachungstechnologien erreicht werden.

Qualitätssicherung durch automatisierte Dichtemessung

Dimensionics Density bietet für diese regelmäßigen Qualitätskontrollen eine geeignete Technologie um die Prozesse zu überwachen. Die automatisierte Dichtebestimmung nutzt das Archimedes-Verfahren in Kombination mit moderner Automatisierungstechnologie. Durch das automatisierte Handling wird der menschliche Einfluss auf die Messung eliminiert, was zu einer höheren Reproduzierbarkeit der Ergebnisse führt. Um auch in der Fertigungsumgebung maximale Genauigkeit zu gewährleisten, sind die Waagen schwingungsentkoppelt aufgebaut. Dies ermöglicht die Dichtebestimmung unmittelbar in Fertigungsumgebung. Zudem werden über Klimasensoren alle Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Luftdruck und Wassertemperatur, aufgezeichnet. Deren Einfluss auf das Messergebnis wird direkt im Auswertealgorithmus bei der Dichtebestimmung berücksichtigt. Durch die Automatisierung des Prozesses und die damit verbundenen wiederholgenauen Messabläufe lassen sich auch kleinste Fehler und geringe Abweichungen der Porosität abbilden, wodurch eine kosteneffizientere Absicherung der Produktqualität gegenüber anderen Verfahren ermöglicht wird.

 

Ein weiterer Vorteil der Automatisierung liegt in der schnelleren Bearbeitung der Dichtebestimmung. Die Ergebnisse der Messungen werden digital protokolliert, ausgewertet und automatisiert an übergeordnete Systeme übertragen, sodass keine weiteren Auswertungs- oder Beurteilungsschritte notwendig sind. Dies ermöglicht eine schnelle Datenweitergabe an Qualitätssysteme und eine effiziente Qualitätssicherung.

Fazit

Dichte und Porosität sind in der additiven Fertigung eng miteinander verbunden. Ein tiefes Verständnis dieses Verhältnisses und die Kenntnis der verschiedenen Einflussfaktoren sind entscheidend, um die Qualität und Leistung von Bauteilen zu gewährleisten. Mit der richtigen Kontrolle und Überwachung können Hersteller den besten Kompromiss zwischen Dichte und Porosität finden und so optimale Ergebnisse erzielen. Die additive Fertigung entwickelt sich stärker in Richtung Produktion von serienreifen Teilen. Miteinher geht die Automatisierung der gesamten Wertschöpfungskette. Durch die Automation der Dichtebestimmung kann dieser Prozess zunehmen unterstützt werden, da genaue und zuverlässige Messergebnisse erzielt werden, die zur Sicherstellung der Qualität und Zuverlässigkeit der hergestellten Teile beitragen.

 

Quelle: Analyse von Messverfahren zur Dichtebestimmung - Fraunhofer IAPT - Dimensionics Density GmbH

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