Isar Aerospace – Automatisierte Pulverbettanalyse im 3D-Druck

Isar Aerospace hat vor Kurzem die nebumind-Software in ihren 3D-Druckprozess (LPBF – Laser-Powder Bed Fusion) integriert, um die Erkennung und Meldung von Fehlern während des Auftragens einer neuen Pulverschicht zu automatisieren und kann so Zeit und Kosten in der Fertigung einsparen. In der Vergangenheit mussten Ingenieure die Pulverbett-Bilder in einem aufwändigen manuellen Arbeitsschritt sichten, um mögliche Anomalien zu finden und deren Auswirkungen auf die Bauteilqualität zu bewerten. Jetzt erkennt die nebumind Software Fehler durch eine automatisierte Analyse der Pulverbett-Bilder und gibt dem Ingenieur dadurch wichtige Informationen für die Bewertung der Bauprozess-Qualität.

Als aufstrebendes Unternehmen in der Raumfahrtindustrie setzt Isar Aerospace auf modernste Fertigungsverfahren wie etwa den auf Pulverbett basierenden 3D-Druck, um komplexe Triebwerks-Komponenten zu fertigen. Einer der kritischen Prozessschritte im 3D-Druck ist die Pulverbeschichtung, die nach jeder gedruckten Schicht durchgeführt wird und anfällig für Fehler ist: Bei einer nicht gleichmäßigen und vollständigen Beschichtung der zu belichtenden Fläche kann dies zu Fehlstellen im Bauteil führen.

Heutzutage überwachen in den LPBF-Systemen integrierte Sensoren und Kameras den Beschichtungsschritt und erzeugen Bilder, die von den prozessverantwortlichen Ingenieuren manuell auf unbeschichtete Stellen, Beschädigung des Beschichters oder andere Fehler analysiert werden. Dieser Ansatz ist äußerst zeitaufwändig: Wenn beispielsweise eine 3D-gedruckte Komponente 2.500 Beschichtungsbilder erzeugt und ein Ingenieur 3 Sekunden benötigt, um jedes Bild zu analysieren, verbringt er mehr als 2 Stunden mit dieser Aufgabe allein für einen Baujob. Darüber hinaus werden Fehler meist erst nach dem 3D-Druckprozess erkannt, da die Analyse nachträglich durchgeführt wird.

Um diesen manuellen Prozess zu vermeiden, hat Isar Aerospace die nebumind Software in ihre Maschinenumgebung integriert, die die Fehlererkennung für jede Beschichtung automatisiert. Die Software erhält Beschichtungsbilder, die von einer optischen Kamera mit einer Auflösung von 1280×1024 Pixeln erzeugt und automatisch über die direkte Maschinen-Schnittstelle extrahiert werden. Die Software verwendet dabei einen Algorithmus, um Fehler in den Bildern zu detektieren. Für den Algorithmus hat nebumind hauptsächlich auf stabile Algorithmen aus der Bild- und Kantenerkennung gesetzt. Zudem werden die Positionen der Fehlstellen über mehrere Layer hinweg analysiert, um die Falsch-Positiv-Rate zu minimieren.

Durch die Einführung der nebumind Software realisiert Isar Aerospace eine Zeitersparnis von bis zu 80% gegenüber der bisherigen manuellen Analyse, da sich die Ingenieure auf die vom Algorithmus markierten Bilder konzentrieren können.

In naher Zukunft wird die momentan noch nachgelagerte Fehlererkennung von nebumind in den laufenden 3D-Druckprozess verlagert, sodass die Software bereits unmittelbar nach der Beschichtung auf mögliche Anomalien hinweisen kann und es dem Anwender dadurch ermöglicht wird, den Druckvorgang im Falle eines irreparablen Fehlers zu stoppen.

Um den Prozess weiter zu automatisieren, ist zudem in Planung, gefundene Beschichtungsfehler mit anderen Prozessdaten aus dem Druckvorgang zu korrelieren, um Fehlerursachen zu identifizieren und diese von vornherein zu verhindern. nebumind möchte mit seiner Software langfristig nicht nur den Druckprozess überwachen, sondern auch regulierend in den Prozess eingreifen, um beispielsweise bei irreparablen Fehlern den Druckprozess zu stoppen oder eine Fehlbeschichtung in der darauffolgenden Schicht auszugleichen.