Neue Ein-Kamera-Methode ermöglicht präzise Temperaturmessung beim Metall-3D-Druck

Die genaue Erfassung von Temperaturen ist entscheidend für die Qualität von 3D-gedruckten Bauteilen. Mit einer bahnbrechenden Technik wollen Forscher der Carnegie Mellon University hier neue Maßstäbe setzen.

Mithilfe einer handelsüblichen Farbkamera mit Bayer-Sensor gelang es dem Team, die Physik des Schmelzbads beim Laser-Pulverbett-Verfahren detailliert zu analysieren. Durch das Messen bestimmter Farbwerte und deren Verhältnis zueinander können sie die Temperatur präzise berechnen.

Dieser ratiometrische Ansatz überwindet Limitierungen herkömmlicher Infrarot-Messtechnik, die oft Probleme mit Oberflächeneigenschaften und Sichtfaktoren hat. Die hohe Bildrate und Auflösung der Methode ermöglicht laut den Wissenschaftlern einen neuen Blick auf die komplexen Vorgänge.

Neben exakten Temperaturmessungen liefert das Verfahren auch neue Parameter für die Simulation des 3D-Druckprozesses. Anhand der Verteilung von Spitzentemperaturen im Schmelzbad lassen sich Materialverdampfung und Mikrostruktur des endgültigen Bauteils untersuchen.

Ein großer Vorteil des Ansatzes ist die Unabhängigkeit vom Emissionsgrad und der Transmissivität des Metalldampfs. Diese Materialparameter müssen nicht mehr aufwendig bestimmt werden.

Die Forscher konnten mit der Kamera-Technik bereits vielversprechende Ergebnisse bei der Erfassung von Temperaturverläufen erzielen. Sie sehen großes Potenzial, ihre Methode auch auf andere 3D-Druckverfahren zu übertragen und so die Qualität und Effizienz der additiven Fertigung in der Luftfahrt oder im Maschinenbau zu verbessern.

Details zur neuartigen Ein-Kamera-Methode veröffentlichte das Team in einem Artikel mit dem Titel “High-resolution melt pool thermal imaging for metals additive manufacturing using the two-color method with a color camera” im Journal Additive Manufacturing.