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23.09.2015

Standardmesssystem Confosurf CLV50 prüft Additivbauteile

Pulver dreidimensional vermessen

Standardmesssystem Confosurf CLV50 (Foto: Confovis)

Beim Selektiven Laser-Sintern (SLS) oder beim Selektiven Laser-Melting (SLM) werden komplexe Geometrien schichtweise aus pulverförmigem Ausgangsmaterial unter Einwirkung von Laserstrahlen verschmolzen. Ob in der Medizintechnik, im Werkzeug- und Maschinenbau oder in der Automotive-Industrie: Der Konstruktion stehen durch das Verfahren Möglichkeiten zur Verfügung, die mit klassischen Fertigungsverfahren nicht oder nur sehr aufwendig realisierbar sind. So lassen sich beliebige räumliche Geometrien – sogar Hohlräume, aufwendige innenliegende Kanalgeometrien oder Hinterschneidungen – erstellen. Ein Hauptnachteil des Verfahrens ist jedoch die inhomogene und gestaltabhängige Oberflächengüte.

Rauheits- und Konturmessung

Prozessbedingt verschmilzt das Ausgangsmaterial je nach Gestalt des fertigen Objekts unterschiedlich. Horizontale Flächen weisen eine höhere Güte als vertikale Flächen auf, da der Laser senkrecht zur Oberfläche arbeitet. Soll das Fertigprodukt eine homogene Oberfläche aufweisen, muss diese durch entsprechende Nacharbeit behandelt werden. Das geschieht in der Praxis durch verschiedene Verfahren wie Gleitschleifen, Strahlen oder Polieren, um nur einige zu nennen.

Zur Oberflächenanalyse vom Pulver bis zum Fertigteil kommt ein berührungsloses Messsystem Confosurf CLV150 von Confovis, Jena, zum Einsatz. Mit nur einem Messsystem lassen sich neben Form- und Konturmerkmalen auch Fehler, wie beispielsweise unvollständiges Verschmelzen oder Materialeinschlüsse, sowie Rauheiten dreidimensional messen und auswerten, beschreibt der Hersteller. Dabei weist das Messsystem ein stabilisiertes Messrauschen von 2,1 nm auf (ermittelt gemäß "Faires Datenblatt/Optoassyst"). Rauheiten sollen mit der patentierten Unternehmenstechnologie der "Strukturierten Beleuchtung" nicht nur nach DIN EN ISO 4287/4288, sondern ebenso nach DIN EN ISO 13565 sowie nach DIN EN ISO 25178 ausgewertet werden können. Dies ist erforderlich, da sich insbesondere die Oberflächen von mittels SLM erstellten Bauteilen mit klassischen Profilschnitten nicht ausreichend charakterisieren lassen sollen.

Flächenhafte Messung für mehr Informationen

Werden beim Herstellungsprozess der Teile z. B. einzelne Kugeln des Pulvers auf der Oberfläche angeschmolzen, können diese selten mit einem einzelnen Tastschnitt erfasst werden, was zu einer indifferenten Aussage über die Oberflächengüte führt. Deshalb ist es unerlässlich, die Oberfläche der additiv gefertigten Bauteile dreidimensional zu erfassen und auszuwerten, um angeschmolzene Pulverreste zu erkennen und somit die Oberflächenqualität der hergestellten Bauteile quantitativ und qualitativ beschreiben zu können, führt der Messgerätehersteller aus.

Die Charakterisierung des Ausgangsmaterials – in dem Fall des Pulvers, das mit dem Laser aufgeschmolzen wird – soll bislang nur zweidimensional und auf Basis von Bildverarbeitung erfolgt sein. Mit dem eingesetzten Messsystem soll auch das Pulver dreidimensional vermessen werden. Mit den gewonnenen 3D-Daten sollen dann zusätzliche Parameter wie Volumen, Kugelradius, Formfaktor oder Aspektverhältnis der Pulverteilchen bestimmt werden können.

Messtechnik für unterschiedlichste Materialien

Messsysteme, die die gesamte Bandbreite der additiv gefertigten Bauteile messen sollen, müssen unterschiedlichen Reflexionseigenschaften gewachsen sein. Durch die Integration zweier Messverfahren (Fokusvariation und Strukturierte Beleuchtung) sollen die Messsysteme sowohl spiegelnde als auch stark absorbierende Oberflächen messen können. Das ist erforderlich, um die Prozesskette vom Pulver bis zum Fertigprodukt zu kontrollieren. Um steile Flanken aufzunehmen und auszuwerten, nutzen die Messsysteme zusätzlich zur hochauflösenden Strukturierten Beleuchtung das Fokusvariationsverfahren. Dieses soll vor allem für die Messung von Formen und Konturen vorteilhaft sein. Dabei soll der Akzeptanzwinkel bei über 85° liegen. Durch die Kombination der Messverfahren braucht nur noch ein Messsystem angeschafft zu werden. Das spart Investitionskosten und den Aufwand für Benutzerschulungen, beschreibt das Unternehmen.

Artefaktfreie Messungen für zuverlässige Messergebnisse

Die eingesetzte Technologie lässt sich auf die konfokale Mikroskopie zurückführen – allerdings kommt das Messverfahren ohne Lochscheibe (Pinhole Disc) aus und verwendet statt eines Lasers eine LED-Lichtquelle. Den Vorteil sieht die Firma darin, dass Messartefakte signifikant verringert werden sollen, da kaum unerwünschte Interferenz-Phänomene wie Kohärenz- und Speckle- Effekte auftreten.

Bei der Strukturierten Beleuchtung wird ein optisches Gitter in die Fokusebene des Mikroskops projiziert. Durch die phasenverschobene Abbildung des Gitters kann der Kontrast der beiden Aufnahmen ausgewertet werden. Um die Topografie zu bestimmen, wird wie bei der klassischen Konfokal-Messtechnik die Höhe auf der Z-Achse variiert, wodurch optische Schnitte entstehen.

Confovis GmbH
www.confovis.com

Unternehmensinformation

Confovis GmbH

Ernst-Ruska-Ring 11
DE 07745 Jena
Tel.: 03641 27410-00
Fax: 03641 27410-99

Internet:www.confovis.com
E-Mail: info <AT> confovis.com



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