Messverfahren für die pulverbettbasierte additive Fertigung zur Sicherstellung der Konformität mit geometrischen Produktspezifikationen

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Diss. Reihe Maschinenbau, Band 377

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2021-10-29
Issue Year
2021
Authors
Lerchen, Martin
Editor
Franke, Jörg
Hanenkamp, Nico
Hausotte, Tino
Merklein, Marion
Schmidt, Michael
Wartzack, Sandro
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-464-6
Abstract

Due to insufficient standards for in-process manufacturing and quality control, decisive prerequisites are still missing in additive manufacturing that are necessary for industrial series production. In addition to numerous efforts of various standardisation committees to standardise the additive manufacturing process gradually, the present work also deals with basic scientific methods for referenced in-process monitoring as well as derived approaches for the analysis of geometric manufacturing and measurement deviations. The aim is to contribute to a consistent procedure for process monitoring to ensure the conformity of geometric product specifications in additive manufacturing. In order to correct the detected geometric deviations during the process with appropriate control strategies, an exact allocation is necessary to be able to assign the measurement data precisely at any time of the manufacturing process in addition to a sufficient controllability. For a better assessment of the required comprehensive observability of the measured variables, a novel referencing concept for the position determination of the melt pool contours is provided, based on a powder bed based selective laser beam melting process. The acquisition of four referencing pipes, integrated in the powder bed, cause a shortening of the measuring circuit and increase the accuracy of the measurement data acquisition. This allows a better allocation of the causes of manufacturing and measurement deviations. Based on the referenced contour analysis of the melt pool and the detection of the shining heat radiation of the component contours after powder application, a metrological verification of lateral contour displacements is provided.

Abstract

In der additiven Fertigung fehlen aufgrund unzureichender Standards zur prozessbegleitenden Fertigungs- und Qualitätskontrolle derzeit entscheidende Voraussetzungen, die für eine industrielle Serienproduktion erforderlich sind. Neben zahlreichen Bemühungen verschiedener Normungsgremien den additiven Fertigungsprozess schrittweise zu standardisieren, beschäftigt sich auch die vorliegende Arbeit mit grundlagenwissenschaftlichen Methoden zur referenzierten in-Prozess Überwachung sowie daraus abgeleiteten Ansätzen zur Analyse geometrischer Fertigungs- und Messabweichungen. Dadurch soll ein Beitrag für ein einheitliches Vorgehen bei der Prozessüberwachung zur Sicherstellung der Konformität geometrischer Produktspezifikationen in der additiven Fertigung geleistet werden. Um die erfassten geometrischen Abweichungen prozessbegleitend mit entsprechenden Regelstrategien zu korrigieren, bedarf es neben einer ausreichenden Steuerbarkeit der Fertigungsanlage einer exakten Zuordenbarkeit der Messdaten zu jedem Zeitpunkt des Fertigungsprozesses. Um diese geforderte Beobachtbarkeit der Messgrößen besser beurteilen zu können, wird ein neuartiges Referenzierungskonzept zur exakten Lagebestimmung der Schmelzbadkonturen am Beispiel eines pulverbettbasierten selektiven Laserstrahlschmelzprozesses bereitgestellt. Durch die Erfassung von vier im Pulverbett integrierten Referenzierungsrohren kann mit einer Verkürzung des Messkreises die Genauigkeit der Messdatenerfassung erhöht werden. Dadurch ist eine bessere Zuordenbarkeit der Entstehungsursachen von Fertigungs- und Messabweichungen möglich. Basierend auf der referenzierten Konturanalyse des Schmelzbades und der Erfassung der durchschimmernden Wärmestrahlung der Bauteilkonturen nach dem Pulverauftrag, werden messtechnische Nachweise lateraler Konturverlagerungen erbracht.

Series
FAU Studien aus dem Maschinenbau
Series Nr.
377
Citation
mb.fau.de/diss
Notes
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-463-9
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