Die additive Fertigung (3D-Druck) sollte eine neue Ära der Leistung und Agilität der Lieferkette einläuten, aber was wir mit vielen herkömmlichen AM-Systemen erlebt haben, hat die Hoffnungen und Erwartungen an die Technologie nicht erfüllt. Diese frustrierende Realität wird noch deutlicher, wenn man die unterschiedlichen Qualitäts- und Kontrollmaßnahmen (oder deren Fehlen) untersucht, die von herkömmlichen AM-Systemen angeboten werden.
Um die bestmöglichen Teile mit der Konsistenz und Qualität zu erzielen, die von den anspruchsvollsten und innovativsten Branchen benötigt wird, ist es unerlässlich, über die herkömmliche AM hinauszugehen und die Vorteile der fortschrittlichen AM und der umfassenderen Qualitätssicherung und Prozesskontrolle der Technologie zu nutzen.
Das Obige ist seit langem ein Eckpfeiler der End-to-End-Lösung von Velo3D. Das revolutionäre Qualitätskontrollsystem von Velo3D arbeitet zusammen und ermöglicht durch Echtzeit-, Multisensor- und physikbasierte Abweichungserkennungsalgorithmen Einblick in jede Schicht des Bauteilaufbaus.
Unser Fokus darauf, unseren Kunden die beste Qualitätskontrolle und -überwachung zu bieten, ist vielleicht zu einer Besessenheit geworden, aber das liegt daran, dass wir uns sehr bewusst sind, wie diese beiden Faktoren, wenn es um AM geht, einen Build buchstäblich machen oder zerstören können.
Die Bedeutung der Teilequalität
Im Gegensatz zu herkömmlichen AM-Systemen wurde Velo3D als echte End-to-End-Lösung konzipiert. Das bedeutet, dass sowohl Software als auch Hardware vollständig integriert und von Grund auf so konzipiert sind, dass sie zusammenarbeiten. Tatsächlich haben wir Komplikationen vereinfacht, die herkömmliche AM-Systeme ineffizient und nicht wiederholbar machen, und die Voraussetzungen für eine agilere, kostengünstigere Lieferkette geschaffen, die dies kann revolutionieren den Teilefertigungsprozess ohne Kompromisse.
Alles Velo3D Sapphire® Drucker verfügen über unsere proprietäre Assure™ Qualitätssicherungssoftware, auf die über eine webbasierte Schnittstelle zugegriffen wird.
Bevor ein Build überhaupt beginnt, Assure™ nimmt alle gesammelten Metrologiesignale und destilliert sie in ein einfaches Dashboard, das der Benutzer einsehen und anzeigen kann, ob das System in Ordnung und bereit ist, mit dem Bau des gewünschten Teils zu beginnen.
Während des Baus, Assure™ überwacht und stellt sicher, dass das System fehlerfrei ist und innerhalb der Nennspezifikationen arbeitet. Wie wir bei Velo3D gerne sagen, ist es eine Sache, Sensoren zu haben, die Ihnen all diese Informationen liefern, aber es ist eine andere Sache, sie zu verarbeiten und in umsetzbare Metriken zu destillieren.
Mit der Assure™ sind wir in der Lage, alle Informationen, die aus dem Drucker kommen, in diskrete Aktionen zu übersetzen, mit denen der Bediener feststellen kann, ob der Bau erfolgreich sein wird.
Natürlich hat das alles einen guten Grund – für eine größere branchenweite Akzeptanz und Einführung müssen AM-Prozesse und -Teile validiert, zuverlässig und wiederholbar sein. Dies gilt insbesondere für stark regulierte Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, in denen 3D-gedruckte Teile strenge Qualifikationen und Inspektionen bestehen müssen.
Die Rolle der Messtechnik für AM
Die Metrologie analysiert, was während eines Baus passiert. Einfach ausgedrückt verlassen wir uns auf die Messtechnik, um zu wissen, ob der Druckprozess gut läuft oder nicht.
Bei der Messtechnik ist es entscheidend, den Ausgangspunkt des Systems zu verifizieren, wenn es mit dem Bau beginnt, und ob der Ausgangspunkt mit dem Zeitpunkt identisch ist, zu dem dieses Teil oder dieser Prozess ursprünglich qualifiziert wurde.
Dazu benötigen wir viele gute Daten, um sicherzustellen, dass alles am optischen System so ist, wie es war, oder innerhalb der nominellen Grenzen, als es ursprünglich qualifiziert wurde. Dadurch wird sichergestellt, dass Sie nicht mit einem Fehler enden, den Sie nicht beabsichtigt oder ursprünglich charakterisiert haben.
Minderung von Fehlern durch umfassende Analyse
Doch wie wirkt sich das alles letztendlich auf die Teilequalität aus? Die Erwartung während des Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Druckprozesses besteht darin, eine gleichmäßige Schicht aus neuem Pulver zu hinterlassen, die dann schmilzt und mit der darunter liegenden Schicht verschmilzt.
Wenn es im Laufe des Aufbaus Probleme gibt – zum Beispiel, wenn etwas mit dem Mechanismus passiert, der Pulver auf dieser Schicht ablagert –, kann es entweder zu einem Pulverüberschuss oder zu einem lokalen Mangel an Pulver in einem bestimmten Bereich kommen.
Diese Diskrepanz verursacht Probleme für den Laserprozess. Denken Sie daran, dass Sie, wenn Sie nicht die gleichen Ausgangsbedingungen in Bezug auf die erwartete Materialmenge haben, am Ende zu einem fehlenden Schmelzfehler im Inneren des Teils kommen können.
Alternativ können während des Aufbaus geringfügige Änderungen auftreten, wie z. B. die Wärmeausdehnung der Kammer, die eine Zunahme der optischen Weglänge verursacht, was dazu führen kann, dass Laser relativ zueinander falsch ausgerichtet werden.
Eine Änderung der optischen Weglänge oder des Strahlprofils kann auch die ankommende Energiedichte im Schmelzbad ändern, was entweder eine Überhitzung und Ballenbildung der Schmelzoberfläche oder eine Unterhitzung und fehlende Verschmelzung mit dem Metallsubstrat verursachen kann
Während es viele Möglichkeiten gibt, dass Dinge während des Druckprozesses vom Kurs abweichen, sind die End-to-End-AM-Lösung von Velo3D und ihre Sapphire® 3D-Metalldrucker wurden entwickelt, um Fehler zu mindern und auf Probleme zu überwachen, die einen erfolgreichen Build verhindern können.
Ohne diese eingebauten Sicherheitsvorkehrungen könnte leicht etwas schief gehen, was zu Zehn- oder sogar Hunderttausenden von Dollar führen würde, die Sie letztendlich verschrotten müssen, weil sie die Endkontrolle nicht bestehen.
Metrologie, die zählt
Die Art und Weise, wie Velo3D mit der Messtechnik umgeht, ist insofern einzigartig, als es verschiedene Komponenten gibt, die wir zu unterschiedlichen Zeiten überwachen. Einer der sensibelsten Aspekte ist die Laserausrichtung zwischen Lasern.
Es ist wichtig, über eine konsistente, zuverlässige Messtechnik zu verfügen, um sicherzustellen, dass die Laser auf dieselben X- und Y-Koordinaten zeigen, damit Sie bei der Herstellung eines einzelnen, monolithischen Teils mit verschiedenen Lasern eine gute Überlappung erzielen und nicht am Ende stehen mit Stichlinie.
Das ist die Art von Dingen, die sich von Schicht zu Schicht ändern können, weil sie im Grunde genommen skaliert werden können, wenn sich die Temperatur des Systems ändert. Dadurch erwärmt sich die gesamte Optik und dehnt sich aus und zieht sich zusammen, wodurch sich Fehler ausbreiten können.
Für das obige Beispiel, Sapphire® misst diese Ausrichtung auf jeder einzelnen Schicht und korrigiert sie aktiv, um sicherzustellen, dass die beiden Laser dabei nicht voneinander driften Assure™ meldet die Ergebnisse.
Es gibt andere Metriken, die wir verwenden, die nicht so häufig überwacht werden müssen, aber wir tun es trotzdem, um sicherzustellen, dass wir die bestmögliche Prozessüberwachung bieten. Diese vorgefertigten Routinen können beispielsweise sehr genau messen, wie groß die Punktgröße des Lasers über der Bauplatte im Verhältnis zum Nennwert ist.
Das ist die Art von Messung, die sich in den meisten Fällen mitten in einem Bau nicht ändert, aber sie ist äußerst hilfreich, wenn Sie Wartungsarbeiten durchführen, die beispielsweise einen Austausch des Beschichters erfordern.
Sicherstellung der richtigen Prozesskontrolle Schicht für Schicht
In unsere Lösung sind viele Messmethoden integriert, die einzigartig sind und auf anderen Systemen nicht vorhanden sind – die alle einen Einblick in das geben, was während eines Builds passiert.
Eines der neusten ist das Höhen-Mapper-Dienstprogramm, das auf allen zu finden ist Sapphire® Drucker, wodurch das System automatisch die Z-Position als Funktion von X, Y auf der Bauebene messen kann.
Während des Baus liefert der Height Mapper eine genaue topografische Karte, wie das Pulverbett aussieht und wie das Teil aussieht, während Sie es drucken.
Diese Messtechnik liefert viele wichtige Erkenntnisse, z. B. ob der Prozess beginnt, von Ihnen wegzudriften. Es informiert Sie auch darüber, ob die Gefahr besteht, dass sich das System möglicherweise durch ein Metallstück beschädigt, das erheblich aus dem Pulverbett herausragt, was dann zu einer Kollision des Beschichters führen könnte.
Es gibt mehrere andere ähnliche Sensoren. Zum Beispiel gibt es optische Sensoren, die sich mit der Schmelzbadüberwachung befassen, wir haben auch andere optische Sensoren im System, die alle unterschiedliche Rückmeldungen in Bezug auf den Laserzustand liefern und die häufig auf diese Art von Qualitätsabweichungen scannen und analysieren.
Der Vorteil einer umsetzbaren Prozessüberwachung und -kontrolle
Es ist kein Geheimnis, dass die additive Fertigungstechnologie im Allgemeinen Angst hat. Diese Angst rührt von einem Mangel an Vertrauen, Zuversicht und davon her, ob die hergestellten Teile letztendlich die Qualitätsstandards erfüllen, die für die ursprüngliche Konstruktionsabsicht erforderlich sind.
Vom OEM bis zum CM war es unser Ziel, ein Maß an Qualitätssicherung und -kontrolle bereitzustellen, das Vertrauen schafft und Qualität sicherstellt. Wir möchten, dass unsere Kunden Teile drucken, zusätzliche Bestellungen entgegennehmen und diese Teile an ihre Kunden weitergeben, ohne sich Sorgen machen zu müssen, dass Qualitätsprobleme zu ihnen zurückgemeldet werden.
Letztendlich soll all diese Qualitätssicherungssoftware unseren Kunden mehr Vertrauen in die Qualität der Teile geben, die sie auf unseren Anlagen fertigen.
OEMS, CMs und Lieferkettenlogistik
Es scheint nicht so, aber Flexibilität ist eine weitere Möglichkeit, mit der Velo3D eine ordnungsgemäße Prozessüberwachung und -steuerung gewährleistet, um die bestmögliche Qualität zu liefern.
Wir wissen, dass viele OEMs diese Teile letztendlich in fertige Produkte einbauen werden. Während einige jedoch versuchen, die Fertigung im eigenen Haus zu verlagern, verfügen andere möglicherweise nicht über die Ressourcen, um diesen Weg zu gehen, und entscheiden sich stattdessen dafür, das bewährte und erfahrene Auftragsfertigungsnetzwerk von Velo3D zu nutzen.
Kunden, die ihre Teile bei verschiedenen Vertragsherstellern einkaufen möchten, können dies in der Gewissheit tun, dass sie eine Druckdatei an jeden CM überall auf der Welt senden und das Endteil in der gleichen Qualität erzielen können, unabhängig davon, wo sich Velo3D befindet Sapphire® befindet sich.
Außerdem, Assure™ stellt einen unabhängigen Bericht bereit, der detailliert aufzeigt, dass der Build innerhalb der Spezifikationen stattgefunden hat. Dazu gehört ein Bericht darüber, was die Sensoren während des Baus sagen, ob das System vor dem Start kalibriert wurde – was den Kunden mehr Vertrauen gibt, wenn sie die Teile bei verschiedenen CMs einkaufen und wissen, dass das Teil, das sie zurückerhalten, konsistent und verifiziert ist Qualität.
Warum alles wichtig ist
Es bleibt viel unnötige Mehrdeutigkeit und Komplexität in der additiven Fertigung. Das Senden einer Designdatei an einen CM oder sogar die Verwendung einer anderen Maschine im selben Fertigungszentrum kann zu unerwarteten, inkonsistenten und unerwünschten Ergebnissen führen.
Bei Velo3D haben wir unermüdlich daran gearbeitet, diese Mehrdeutigkeit aus der AM-Gleichung mit einer vollständigen End-to-End-Lösung zu entfernen, die beispiellose Mess- und Prozesssteuerungen bietet, um jedes Mal das beste Teilergebnis zu gewährleisten.
Das liegt daran, dass unsere Kunden echte Innovatoren sind, die über die Grenzen der konventionellen AM hinausgehen wollen, und es ist unsere Mission, ihnen dabei zu helfen, ohne die Qualität und Wiederholbarkeit zu beeinträchtigen, die sie benötigen.
Beim konventionellen AM bleibt das eine echte Herausforderung. Und das Fehlen einer wirklich integrierten Lösung bedeutet, dass Kunden, die neue Teile entwerfen, entwickeln und herstellen möchten, einfach weiterhin unnötige Reibung erfahren, bis sie über etablierte Technologien hinausgehen.
Möchten Sie mehr über die End-to-End-Lösung Velo3D erfahren? Kontaktieren Sie noch heute einen unserer erfahrenen Ingenieure.
