Untersuchung von Qualitätsproblemen beim 3D-Druck von Polymeren

Nick Allen, Geschäftsführer, 3DPRINTUK

Die Qualitätskontrolle ist bei der additiven Fertigung (AM) von entscheidender Bedeutung, insbesondere wenn sie als Produktionstechnologie eingesetzt wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Fertigungsverfahren, bei denen Fehler oft visuell erkannt und korrigiert werden können, wird bei der additiven Fertigung Schicht für Schicht gearbeitet, so dass es unerlässlich ist, Fehler frühzeitig im Prozess zu erkennen. Jegliche Abweichungen bei den Materialeigenschaften, der Druckerkalibrierung oder den Konstruktionsspezifikationen können zu fehlerhaften Produkten führen, die die Funktionalität beeinträchtigen und in einigen Fällen sogar ein Sicherheitsrisiko darstellen. In unternehmenskritischen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Schifffahrt und der Medizintechnik, wo Präzision und Zuverlässigkeit nicht verhandelbar sind, können die Folgen einer unzureichenden Qualitätskontrolle katastrophal sein und von Geräteausfällen bis zu Patientenschäden reichen. Robuste Qualitätskontrollprotokolle in der AM sind unerlässlich, um gleichbleibend hochwertige Teile zu gewährleisten, den Ausschuss zu minimieren und die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Endprodukte zu garantieren.

Darüber hinaus ist in der Produktion die Aufrechterhaltung der Qualitätskontrolle für die Kosteneffizienz unerlässlich. Ungenaue oder inkonsistente 3D-Drucke können zu Materialverschwendung, längerer Produktionszeit und kostspieliger Nacharbeit führen. Diese Ineffizienzen können die Rentabilität und Wettbewerbsfähigkeit untergraben. Robuste Qualitätskontrollprozesse ermöglichen es den Herstellern, Probleme umgehend zu erkennen und zu beheben, wodurch der Ausschuss verringert und die Ressourcennutzung optimiert wird. Indem sie sich auf die Qualitätskontrolle in der AM konzentrieren, können Unternehmen wie 3DPRINTUK ihren Ruf für die Lieferung zuverlässiger, qualitativ hochwertiger Produkte für die Kunden aufrechterhalten und gleichzeitig die betriebliche Effizienz verbessern und ihren langfristigen Erfolg in einem zunehmend wettbewerbsorientierten Markt sicherstellen.

Wichtige QC-Angelegenheiten bei AM

Die Qualitätskontrolle bei AM-Bauteilen ist aufgrund mehrerer Schlüsselaspekte, die die Endnutzungsfunktionalität erheblich beeinflussen können, von entscheidender Bedeutung. Erstens sind Maßgenauigkeit und Verzug häufige Probleme. Schwankungen bei der Temperatur, den Abkühlungsraten und der Teilegeometrie können während des Druckvorgangs zu Verformungen und Verzerrungen führen. Dies kann dazu führen, dass die Teile nicht die erforderlichen Toleranzen einhalten oder nicht richtig zusammenpassen, was sich auf ihre Funktionalität in Baugruppen auswirkt oder Probleme bei Anwendungen verursacht, bei denen es auf Präzision ankommt.

Zweitens sind die Materialeigenschaften und die Konsistenz entscheidend. Die Qualität und Konsistenz des bei AM verwendeten Kunststoffs kann variieren, was sich auf die mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften des fertigen Teils auswirkt. Uneinheitliche Materialeigenschaften können zu einer unvorhersehbaren Leistung führen, was es schwierig macht, sicherzustellen, dass die Teile die erforderlichen Spezifikationen für ihren Verwendungszweck erfüllen. Diese Probleme bei der Qualitätskontrolle von additiv gefertigten Kunststoffteilen können sich kaskadenartig auswirken und die Gesamtfunktionalität und Zuverlässigkeit der Endprodukte beeinträchtigen.

Schließlich ist die Schichthaftung ein wichtiges Thema, insbesondere bei Technologien wie dem Fused Deposition Modeling (FDM). Bei AM werden die Teile Schicht für Schicht aufgebaut, und eine unzureichende Haftung zwischen den Schichten kann zu schwachen Verbindungen führen, die die Gesamtfestigkeit und Haltbarkeit des Teils verringern. Dies kann zu Teilen führen, die unter Belastung zu Delamination oder Rissen neigen, was ihre Funktionalität und Zuverlässigkeit beeinträchtigt.

QC-Probleme angehen

Die Gewährleistung der Qualität von AM-Teilen erfordert eine Kombination von Techniken und Strategien, um verschiedene Aspekte des Druckprozesses zu berücksichtigen. Die Kalibrierung der verwendeten Systeme ist von grundlegender Bedeutung, um präzise und gleichbleibende Ergebnisse zu erzielen. Die regelmäßige Kalibrierung und Wartung des 3D-Druckers gewährleistet, dass er innerhalb der vorgegebenen Toleranzen arbeitet.

Die Wahl des richtigen Kunststoffmaterials ist ebenfalls entscheidend für die gewünschten mechanischen und thermischen Eigenschaften. Die Materialien müssen von seriösen Lieferanten bezogen werden, und Anwender wie 3DPRINTUK sollten Qualitätsprüfungen durchführen, um die Konsistenz sicherzustellen. Materialtests, einschließlich der Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften, können dabei helfen, die Eignung des Materials zu überprüfen und mögliche Abweichungen zu erkennen, die die Qualität der Teile beeinträchtigen könnten. Darüber hinaus kann eine Echtzeitüberwachung des Druckprozesses Probleme erkennen, sobald sie auftreten. Techniken wie In-situ-Sensoren, Wärmebildtechnik und Computer Vision können zur Überwachung von Faktoren wie Temperatur, Schichthaftung und Druckgeschwindigkeit eingesetzt werden. Wenn Abweichungen festgestellt werden, kann der Drucker automatische Anpassungen vornehmen oder Warnungen für manuelle Eingriffe auslösen, um eine gleichbleibende Druckqualität zu gewährleisten.

Nach dem Druck können Nachbearbeitungsschritte wie das Glätten der Oberfläche, das Entfernen von Trägern bei einigen AM-Verfahren, das Entfernen von Pulver bei Verfahren wie SLS und die Wärmebehandlung die Ästhetik und die mechanischen Eigenschaften des fertigen Teils verbessern. Darüber hinaus sind umfassende Inspektionsmethoden, einschließlich visueller Inspektion, 3D-Scannen und zerstörungsfreie Prüfverfahren (NDT), entscheidend für die Überprüfung der Teilequalität, der Maßhaltigkeit und der strukturellen Integrität.

Schließlich ist es wichtig, während des gesamten AM-Prozesses detaillierte Aufzeichnungen und Dokumentationen zu führen. Dazu gehört die Aufzeichnung von Parametern wie Druckeinstellungen, Materialchargen und Prüfergebnissen. Solche Aufzeichnungen sind von unschätzbarem Wert für die Rückverfolgbarkeit und Qualitätskontrollprüfungen und helfen dabei, Trends oder Abweichungen in der Produktion zu erkennen, die Korrekturmaßnahmen erforderlich machen könnten.

Kontinuierliche Verbesserungen

Man sieht also, dass die Gewährleistung der Qualität von AM-Teilen ein vielschichtiger Prozess ist, der eine präzise Druckerkalibrierung, eine sorgfältige Materialauswahl und -kontrolle, eine Prozessüberwachung in Echtzeit, eine gründliche Nachbearbeitung und eine sorgfältige Protokollierung umfasst. Die Kombination dieser Techniken ermöglicht es Unternehmen wie 3DPRINTUK, Teile zu produzieren, die den geforderten Spezifikationen entsprechen oder diese sogar übertreffen und deren Funktionalität, Zuverlässigkeit und Sicherheit in verschiedenen Anwendungen gewährleisten. Eine wirksame Qualitätskontrolle ist unerlässlich, um das volle Potenzial der AM-Technologien auszuschöpfen und gleichzeitig hohe Standards für die Produktqualität zu wahren.

Eine kontinuierliche Verbesserung ist jedoch auch bei der Bewertung der Qualität von AM-Teilen aus einer Reihe von Gründen unerlässlich. Erstens entwickeln sich die AM-Technologien schnell weiter, und es gibt regelmäßig Fortschritte bei Materialien, Verfahren und Druckerfunktionen. Eine Stagnation der Qualitätskontrollpraktiken kann dazu führen, dass die Kluft zwischen den bestehenden Standards und dem Stand der Technik im 3D-Druck immer größer wird. Durch die kontinuierliche Verfeinerung der Qualitätsbewertungsmethoden können sich Zulieferer wie 3DPRINTUK an diese Veränderungen anpassen und sicherstellen, dass ihre Produkte wettbewerbsfähig und zuverlässig bleiben und mit den besten Praktiken der Branche übereinstimmen.

Zweitens bedeutet die inhärente Komplexität von AM-Prozessen, dass unvorhergesehene Fehler und Probleme während der Produktion auftreten können. Durch die kontinuierliche Verbesserung können diese Probleme erkannt und behoben werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass fehlerhafte Teile zum Kunden gelangen, verringert wird. Sie hilft auch bei der Optimierung der Druckparameter, der Minimierung von Ausschuss und der Verbesserung der Effizienz, was besonders in Produktionsumgebungen wichtig ist. Insgesamt stellt die Einführung einer Kultur der kontinuierlichen Verbesserung der Qualitätskontrolle für AM-Teile sicher, dass Unternehmen wie 3DPRINTUK an der Spitze der Technologie bleiben, gleichbleibende Qualität liefern und die Kundenzufriedenheit erhöhen können.

Fragen zum Lieferanten

Bei der Auswahl eines 3D-Druckunternehmens als Subunternehmer für die Produktion von Endverbrauchsteilen ist es für den Kunden wichtig, spezifische Fragen zu stellen und die Antworten des Herstellers zu bewerten, um sicherzustellen, dass dieser in der Lage ist, hochwertige Standards einzuhalten. Indem er diese Fragen stellt und die Gründlichkeit und Transparenz der Antworten des Zulieferers bewertet, kann der Kunde Vertrauen in dessen Fähigkeit gewinnen, für seine Produktionsläufe durchgängig hochwertige Endverbrauchsteile zu liefern.

Welche Qualitätskontrollverfahren werden während des gesamten additiven Fertigungsprozesses angewandt? Das Unternehmen sollte ein umfassendes Qualitätskontrollsystem beschreiben, einschließlich Druckerkalibrierung, Materialprüfung, Prozessüberwachung, Nachbearbeitung und Prüfprotokolle.

Wie wird die Qualität der für die Produktion verwendeten Materialien ausgewählt und überprüft? Das Büro sollte seine Materialbeschaffungspraktiken und Qualitätstestverfahren erläutern und Informationen zur Rückverfolgbarkeit der in den einzelnen Teilen verwendeten Materialien bereitstellen.

Wie häufig werden die 3D-Drucker kalibriert und gewartet, und welche Maßnahmen werden ergriffen, um die Druckkonsistenz zu gewährleisten? Das Büro sollte einen klaren Zeitplan für die Kalibrierung und Wartung der Drucker haben, um präzise und konsistente Drucke zu gewährleisten.

Wird der Druckprozess in Echtzeit überwacht, und wie wird mit auftretenden Abweichungen oder Fehlern umgegangen? Das Unternehmen sollte seine Echtzeit-Überwachungstechniken und die Art und Weise, wie es mit Abweichungen umgeht, entweder durch automatische Anpassungen oder manuelle Eingriffe, genau beschreiben.

Welche Nachbearbeitungsschritte führen Sie durch, und wie stellen Sie die Qualität der fertigen Teile sicher? Das Büro sollte seine Nachbearbeitungsverfahren und Qualitätsprüfungsmethoden auflisten.

Können Sie die Dokumentation und Rückverfolgbarkeit der von Ihnen hergestellten Teile, einschließlich Druckeinstellungen, Materialdetails und Prüfergebnisse, vorlegen? Das Unternehmen sollte sich verpflichten, umfassende Aufzeichnungen zu führen, um die Rückverfolgbarkeit und Transparenz des gesamten Produktionsprozesses zu gewährleisten.

Verfügen Sie über Qualitätssicherungszertifikate (z. B. ISO 9001) oder branchenspezifische Akkreditierungen, die für unseren Antrag relevant sind? Das Büro sollte einschlägige Zertifizierungen und Akkreditierungen nachweisen, die sein Engagement für Qualitätsstandards belegen.

Können Sie Beispiele für ähnliche Projekte nennen, die Sie abgeschlossen haben, und Referenzen von früheren Kunden vorlegen? Das Büro sollte seine Erfahrung bei der Abwicklung von Projekten ähnlichen Umfangs und ähnlicher Komplexität darlegen und Referenzen zur Überprüfung vorlegen.

Wie bleiben Sie mit den neuesten Technologien der additiven Fertigung auf dem Laufenden und verbessern kontinuierlich Ihre Qualitätskontrollverfahren? Das Büro sollte sein Engagement für ständige Weiterbildung, Forschung und Anpassung an technologische Fortschritte in der Branche beschreiben.

Fallstudie

Für ein Unternehmen wie ecoSUB Robotics, eine Ausgründung von Planet Ocean, einem Spezialisten für die Bereitstellung hochwertiger wissenschaftlicher Meeresinstrumente für Forschung, Vermessung, Marine und Betriebsunterstützung, ist die Qualität von entscheidender Bedeutung. ecoSUB Robotics nutzt 3DPPRINTUK regelmäßig als Lieferant für eine Reihe wichtiger 3D-gedruckter Teile. Diese 3D-gedruckten Komponenten müssen in Salzwasser, bei sehr niedrigen Temperaturen und unter extremem Druck in einer Tiefe von 2.500 m unter dem Meeresspiegel funktionieren und gleichzeitig wasserdicht und intakt bleiben.

ecoSUB Robotics suchte einen 3D-Druck-Zulieferer, bei dem Qualität an erster Stelle steht. Die Instrumente des Unternehmens erfordern Teile, die sich nahtlos in bestehende OEM-Komponenten und andere präzisionsgefertigte Teile integrieren lassen, wie z. B. solche, die durch CNC-Bearbeitung und Laserschneiden entstehen. Diese Anforderung unterstreicht den Bedarf an einem Zulieferer, der auf Genauigkeit und Konsistenz achtet.

Die von ecoSUB Robotics entwickelten und hergestellten Instrumente für die Schifffahrt sind komplizierte Baugruppen, bei denen jede Komponente perfekt auf die anderen abgestimmt sein muss, um optimale Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Diese Präzision ist entscheidend für die korrekte Funktion der Instrumente in rauen Unterwasserumgebungen. Daher benötigte ecoSUB Robotics einen 3D-Druckpartner, der in der Lage ist, Teile mit exakten Toleranzen und hochwertigen Oberflächen herzustellen. Die Fähigkeit, Teile zu liefern, die die Industriestandards in Bezug auf Genauigkeit und Haltbarkeit nicht nur erfüllen, sondern übertreffen, war ein nicht verhandelbares Kriterium in ihrem Auswahlverfahren.

Durch die Partnerschaft mit 3DPRINTUK, das sich zu außergewöhnlicher Qualität verpflichtet hat, konnte ecoSUB Robotics seinen Ruf als Hersteller von wissenschaftlichen Instrumenten der Spitzenklasse aufrechterhalten. Die Zusammenarbeit zeigt, wie wichtig es ist, einen Zulieferer zu wählen, der das gleiche Engagement für Präzision und Qualität an den Tag legt, was letztendlich zum Erfolg und zur Zuverlässigkeit der innovativen maritimen Lösungen von ecoSUB Robotics beiträgt.

Zusammenfassung

Bei der Suche nach einer Partnerschaft mit einem externen 3D-Druck-Experten ist es wichtig, dass potenzielle Kunden die Integrität des vorhandenen Qualitätskontrollsystems abfragen, um die Lebensfähigkeit und Funktionalität der hergestellten Teile zu gewährleisten. Qualität ist für AM-Teile, die für Endanwendungen hergestellt werden, nicht verhandelbar, und da AM eine zunehmend praktikable Produktionstechnologie wird, ist die Fähigkeit, einen Schwerpunkt auf Qualitätskontrolle und Teilevalidierung nachzuweisen, von ausdrücklicher Bedeutung.