Trumpf automatisiert 3D-Druck

Auf der Formnext zeigt Trumpf an der Anlage TruPrint 5000 Automatisierungslösungen für die Additive Fertigung. Zudem präsentieren die Experten, wie sich mit Powder Bed Monitoring und Melt Pool Monitoring die Qualität schon während des Druckvorgangs überwachen lässt. Damit kommt Trumpf dem Ziel bedeutend näher, mit 3D-Druck vollständig automatisiert zu fertigen und die Kompetenz im Seriendruck weiter auszubauen.

Automatischer Prozessstart beim 3D-Drucker TruPrint 5000 von Trumpf.

Automatischer Prozessstart beim 3D-Drucker TruPrint 5000 von Trumpf.

Bisher lässt sich 3D-Druck noch nicht in eine automatisierte Prozesskette einbinden. Die Anlagen stehen außerhalb der Produktionslinie und Mitarbeiter bedienen sie manuell. Für die automatisierte Serienfertigung müssen sich die händischen Tätigkeiten aber reduzieren, sonst dauert die Produktion zu lange und die Teile sind nicht ohne Qualitätsschwankungen reproduzierbar. Im ersten Schritt hat Trumpf deshalb die Prozesse innerhalb der Anlage automatisiert. „Das ist notwendig, um langfristig auch die vor- und nachgelagerten Arbeitsschritte anzubinden“, erklärt Tobias Baur, Hauptabteilungsleiter 3D-Druck bei Trumpf. Die neuen Lösungen zielen vor allem auf den Prozessstart ab, weil hier besonders viele händische Tätigkeiten anfallen.

Mit der Nivellierung prüft die TruPrint 5000, ob die Substratplatte richtig ausgerichtet ist.

Mit der Nivellierung prüft die TruPrint 5000, ob die Substratplatte richtig ausgerichtet ist.

Automatische Deckelabnahme

Die TruPrint 5000 basiert wie alle Vertreter der TruPrint-Serie auf der Technologie Laser Metal Fusion (LMF). Die Anlage arbeitet mit dem Multilaser-Prinzip mit drei Lasern. Mit der Vorheizung von bis zu 500° C ist es möglich, hitzebeständige Materialien wie kohlenstoffhaltige Stähle zu verarbeiten. Außerdem steigt die Bearbeitungsqualität bei Werkstoffen wie Titan, weil sich Spannungen im Bauteil verringern und weniger Nacharbeit erforderlich ist.

Auf der Formnext zeigt Trumpf ein neues Verfahren für das automatisierte Handling der Deckel für den Bau- und die Vorratszylinder. Für maximale Sicherheit ist die TruPrint 5000 mit dem „Doppeldeckelprinzip“ ausgestattet. Ein Deckel auf der Prozesskammer sorgt dafür, dass die Schutzgasatmosphäre nach dem Druck für den nächsten Baujob erhalten bleibt. Ein zweiter stellt sicher, dass Pulver beim Transport nicht verloren geht. Beide Deckel müsste der Mitarbeiter von Hand abnehmen und nach dem Druck wieder aufsetzen, was bei einer Vorheizung von bis zu 500° C lange dauert, da der Bauraum erst abkühlen muss. Bei der TruPrint 5000 übernimmt diesen Prozessschritt die Anlage selbst. Beim Bauzylinder tauscht der Beschichter, der beim Druck das Pulver im Bauraum verstreicht, sein Auftragsmedium gegen einen von Trumpf entwickelten Wagen ein. Hier ist ein Einsatz verbaut, auf dem die Deckel liegen bleiben, sobald der Beschichter darüberfährt. Die Deckel selbst lagern am Rand des Bauraums. Die Vorratszylinder fahren selbstständig nach oben und hängen ihre Deckel dabei an der Decke der Prozesskammer ein.

Anlage korrigiert Laser und Substratplatte selbstständig

Für Prozesssicherheit der TruPrint 5000 sorgen auch deren Scanfeld-Überwachung und Nivellierung. Erstere sichert die richtige Ausrichttung der drei Laserstrahlen. Dafür wurde der Beschichter mit einem Kalibrier-Target versehen, das die Position der Laserstrahlen misst und die Koordinaten an eine Software weitergibt. Die Nivellierung prüft die Position der Substratplatte. Sie erkennt beim Einrichten des Baujobs per Sensoren die Höhe und Ausrichtung. Bei Abweichungen kann der Bediener die Substratplatte nach den Vorgaben des Messsystems korrigieren.

Monitoring-Lösungen prüfen Qualität nach jeder Schicht

Trumpf hat mehrere Verfahren entwickelt, die die Bauteilequalität schon während des Drucks prüfen: Beim Powder Bed Monitoring macht eine hochauflösende Kamera im Drucker nach jeder Schicht ein Bild des Pulverbetts und übermittelt die Aufnahme an ein IT-System. Dieses wertet die Bilder echtzeitnah aus, erkennt Prozessfehler, kategorisiert diese und informiert den Bediener gleich auch mit hilfreichen Details zur Fehlerbehebung.

Beim Melt Pool Monitoring wird die Qualität des Schmelzbads automatisiert geprüft: Dioden nehmen im Drucker das Prozessleuchten des Schmelzbades auf. Anschließend gleicht das IT-System die Werte mit den Daten eines Referenzwerkstücks ab und stellt Abweichungen grafisch dar. Der Anwender erkennt den Fehler sofort und kann den Prozess stoppen.

formnext

Halle 3.0, Stand D50

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