Argonne National Laboratory und Startup Phase3D verbessern den 3D-Druck

Wissenschaftler*innen des Argonne National Laboratory und des Startups Phase3D entwickeln Möglichkeiten, die Fehler im 3D-Druck erkennen sollen. Damit soll die Effizienz gesteigert werden.

Die additive Fertigung von Metallen erzeugt weniger Abfall und ist daher nachhaltiger, so Niall O’Dowd, Gründer des Start-ups Phase3D. Sein Unternehmen entwickelte optische Überwachungssoftware und -hardware, die die Qualität von 3D-gedruckten Metallteilen während des Druckprozesses prüft.

O’Dowd arbeitet im Rahmen des Chain Reaction Innovations (CRI)-Programms des Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) zusammen mit Wissenschaftler*innen wie Xuan Zhang, leitende Werkstoffwissenschaftlerin bei Argonne. Sie untersuchen, wie der 3D-Druck mit Metall der US-Industrie bei der Dekarbonisierung von Fertigungsprozessen helfen und den Kampf gegen den Klimawandel unterstützen kann.

“Was wir wirklich erreichen wollen, ist ein so genannter ‘idealer Bau’, bei dem alles perfekt ist und es keine Leistungsprobleme geben sollte”, so Zhang. Wir testen eine neue Technologie, die den Druckprozess überwacht und Anomalien aufspürt, die die Leistung des Teils beeinträchtigen könnten. Dann wollen wir sie beheben.”

Phase3D’s Technologie misst mit strukturiertem Licht die Höhe von dünnen Metallschichten, um Fehler frühzeitig zu erkennen. Das ermöglicht, den Druckprozess bei Problemen zu stoppen, sie zu beheben und den erfolgreichen 3D-Druck fortzusetzen. Dadurch können Materialverbrauch und Treibhausgasemissionen reduziert werden.

“Beim 3D-Druck kann es bis zu Zehntausende von Schichten geben, die nur ein Fünftel der Breite eines menschlichen Haares haben können”, so O’Dowd. Anstatt Bilder oder die relative Wärme des Prozesses zu verwenden, um Fehler zu finden, haben wir ein zuverlässiges Inspektionssystem entwickelt, das die Höhe der Schichten prüft. Da die Normen und Vorschriften immer strenger werden, ist es wirklich wichtig, diese Art von Prüfdaten zu haben.”

Im Rahmen des CRI-Programms unterstützt Zhang O’Dowd auch bei der Zusammenarbeit mit dem DOE und der American Society of Mechanical Engineers, um sicherzustellen, dass die gedruckten Materialien die Zertifizierungsanforderungen erfüllen.

Außerdem ist sie dafür bekannt, dass sie ihm hilft, seine Konstruktionen zu sabotieren. Indem er absichtlich einen Fehler einführt, kann O’Dowd die Erkennungsmöglichkeiten seiner Technologie testen.

“Bei einer zufälligen Herstellung sehen wir manchmal eine Pore, die nur einige zehn Mikrometer groß ist.  Ohne Inspektion nach dem Bau wissen wir nicht, ob wir Schwankungen oder Anomalien sehen”, so O’Dowd. “Stattdessen führen wir absichtlich einen Defekt ein, der zwischen 20 und 200 Mikrometern groß ist, und testen dann unsere Technik.”

In dem Maße, in dem 3D-gedruckte Teile nicht mehr nur aus Plastik bestehen, sondern zu Düsentriebwerken und anderen komplexen Konstruktionsteilen werden, wird der Bedarf an Daten, die die Qualität solcher Teile belegen, weiter steigen.

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