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CONCEPT Laser GmbH

Bei QM Meltpool 3D handelt es sich um eine Schmelzbadüberwachung, die den entscheidenden Schritt des LaserCUSING®-Verfahrens mit einer Photodiode und einer Kamera detektiert.

Die Photodiode erfasst die Schmelzbademissionen, die während des Aufschmelzvorgangs im infraroten Bereich entstehen. Mit einem Beobachtungsbereich von 4 cm2 zeigt die Photodiode die Unregelmäßigkeiten im Aufschmelzprozess und ermittelt so die Schmelzbadintensität. Die Kamera detektiert Bereiche von 1 mm2 und ermöglicht eine Detailansicht der Schmelzbadfläche. Für die Qualitätsbestimmung des Bauteils ist gerade dieses Merkmal entscheidend. 

Die Daten von QM Meltpool 3D stehen sofort nach dem Bauprozess zur Verfügung. Mit einer Software, die auch in der Computertomographie Anwendung findet, lässt sich nun ein 3-dimensionales oder 2-dimensionales Abbild des Bauteils erzeugen. Damit ist es möglich das Bauteil softwaregestützt und automatisiert zu analysieren. Durch die koaxial angeordneten Detektoren von Kamera und Photodiode wird eine hohe Auflösung von 35 µm ermöglicht. Dies wurde mit dem International Additive Manufacturing Award 2016 ausgezeichnet.

QM Meltpool 3D findet vor allem in Industriezweigen mit hohen Qualitätsanforderungen wie zum Beispiel der Medizin oder der Luftfahrt Anwendung. Durch das In-Situ-Echtzeitprozessüberwachungssystem können nachgelagerte Prozesskontrollen minimiert werden.

Die LaserCUSING®-Technologie findet vermehrt Anwendung in der Serienproduktion. Daher wird die Prozessüberwachung ein immer wichtigerer Bestandteil eines allumfassenden Qualitätsmanagements. Concept Laser vergab daher im Jahr 2016 eine Auftragsstudie zur Untersuchung des patentierten Qualitätsüberwachungstools QM Meltpool 3D an das Fraunhofer IWU. In dieser Studie wurden die In-process Bilddaten des QM Meltpool 3D mit CT-Inspektionsdaten bei verschiedenen Werkstoffen verglichen. Die Ergebnisse sind durchweg positiv.

   

 

 
QM Meltpool 3D

QM Coating regelt den Zustellungsfaktor des Metallpulvers während des Bauprozesses und überwacht dessen gleichmäßige Verteilung auf der Baufläche. Es ist in den Prozess des LaserCUSING®-Verfahrens integriert.

Eine hochauflösende Kamera macht mit Hilfe eines Blitzlichtes vor und nach dem Schichtaufzug ein Bild von der Baufläche.  Mit einem intelligentem Algorithmus wird aus den erfassten Daten ein Differenzbild berechnet. Daraufhin entscheidet das Analysegerät, ob der Pulveraufzug ausreichend war, der Pulverzustellfaktor erhöht, reduziert oder erneute Beschichtungen durchgeführt werden müssen. 

Die geschmolzene Fläche vieler Bauteile variiert über den Bauprozess. Aus diesem Grund muss die Pulvermenge, die für eine vollständige Beschichtung notwendig ist, angepasst werden. QM Coating berechnet zu jederzeit während des Prozesses die optimale Einstellung.

QM Live View dokumentiert den gesamten Bauprozess als Video. Hierfür wird eine weitere hochauflösende Kamera an der Prozesskammer angebracht. Über einen Fernzugriff  kann der Bauprozess vom Büroarbeitsplatz beobachtet werden.

QM Fiber Power* überwacht die Laserquelle im LaserCUSING®-Verfahren und gibt Aufschluss über dessen Leistungsabgabe. Treten Abweichungen auf, werden diese direkt an die Maschinensoftware übermittelt. Die erfassten Daten können anschließend in einem Protokoll an den Maschinenbediener ausgegeben werden.

Die Laserquelle ist eine der kostenintensivsten Komponenten einer LaserCUSING®-Anlage. QM Fiber power sorgt dafür, dass die Performance ständig überwacht wird und eine mögliche Wartung rechtzeitig veranlasst werden kann. So werden Ausfälle vermieden und die allgemeine Prozess- und Bauteilqualiät erhöht.
*nur für Single-Laser Maschinenlösungen

 

QM Cusing Power ist die perfekte Ergänzung zu QM Fiber Power und erfasst über ein separates Messgerät die Laserleistung direkt am Baufeld. Dies kann beliebig oft vor und nach dem Prozess durchgeführt werden.

Der korrekte Energieeintrag in Form der geforderten Laserleistung ist das Schlüsselkriterium für hohe Bauteilqualität und geringe Porosität. Mit QM Cusing Power findet die Leistungsmessung am Ende des optischen Pfades statt. Sämtliche Störeinflüsse auf die Laserleistung werden erfasst.

 
QM Cusing Power

QM Atmosphere kontrolliert die Sauerstoffkonzentration in der Prozesskammer und analysiert kontinuierlich den Filterstatus.  Aus Sicherheitsgründen sind in der Grundausstattung der Anlage immer mehrere Sauerstoffsensoren eingebaut, die den Prozessgaskreislauf überwachen.  Mit QM Atmosphere können Messgenauigkeiten bis in den niederen ppm-Bereich erreicht werden.

Ziel von QM Atmosphere ist eine optimale Bauteilqualität ohne Einschluss von Sauerstoff zu gewährleisten und einen sicheren Umgang mit reaktiven Materialien zu ermöglichen.

 

Bei QM Powder/QM Powder S handelt es sich zum einen um eine separate Siebstation, mit der das Pulver unter Schutzgasatmosphäre aufbereitet wird. Zum anderen versteht man darunter das Pulverengineering, das von Concept Laser durchgeführt wird.  

Im LaserCUSING® Verfahren ist Metallpulver der entscheidende Rohstoff für alle Bauteile. Deshalb ist die Qualitätskontrolle und die Aufrechterhaltung der Pulverqualität besonders wichtig. In der Qualitätssicherungskette erfolgt als erstes die Prüfung des Pulvermaterials. Hier werden unter anderem die Korngröße und chemische Zusammensetzungen analysiert. Außerdem werden Untersuchungen zu Haltbarkeit und Lagerungseinflüssen vorgenommen.

Als zweites wird das Pulver mit einer externen Siebstation unter Schutzgasatmosphäre aufbereitet, um eine konstante Pulverqualität zu ermöglichen. Die Pulversiebstation erfüllt alle Sicherheitsanforderungen und ist einfach zu bedienen.

QM Documentation ist innerhalb der Maschinensoftware CL WRX Control 2.0 implementiert und sammelt alle Sensordaten in einem Protokoll. Diese werden aufgearbeitet und in einem anschaulichen Format wiedergegeben. Für den Anwender ist gerade eine übersichtliche Auswertung des Bauprozesses wichtig. Zudem bietet QM Documentation Schnittstellen zu verbreiteten Tabellenkalkulations-Software und ermöglicht die automatische Erstellung von Diagrammen. Insgesamt loggt die Software 15 verschiedene Quellen im Bauprozess.