US-Technologie korrigiert 3D-Druck-Fehler bereits während der Fertigung

Das ORNL-Team geht davon aus, dass diese Lösung US-Herstellern ermöglichen könnte, große, individuelle Bauteile mit minimalen bis keinen Fehlern zu fertigen.

Zudem könnte sie Materialverschwendung reduzieren, Kosten senken und die US-Führungsrolle in der additiven Fertigung stärken. „Es ist neuartig, dass unser Controller wahrnehmen kann, was geschieht, und in Echtzeit reagieren kann", erklärte Kris Villez, PhD, leitender Forschungs- und Entwicklungswissenschaftler am ORNL.

Es steuert den Prozess fast so, wie ein Mensch es tun würde: indem es den Zustand beobachtet und nachjustiert, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist.

Technik und Auswirkungen

Flawless composite printing Ingenieure nutzen große industrielle 3D-Drucker, um massive Objekte herzustellen, darunter Flugzeugteile, Autostöße, Formen für Schiffsrümpfe, Container für den Seetransport und Wände äuden. Der Prozess selbst ist jedoch sehr empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen und der Druckgeschwindigkeit.

Nach Angaben der Forscher können bereits geringfügige Variationen die endgültige Struktur schwächen oder einen gesamten Druck ruinieren. Aus diesem Grund haben sie einen robotergestützten 3D-Drucker mit einer Reihe Wärmebildkameras ausgestattet, die um die Druckdüse herum positioniert sind.

Test des ORNL-Plattform zur Korrektur von 3D-Druckfehlern mittels Automatisierung. Bildnachweis: Carlos Jones, ORNL, US-Energieministerium. Das neue System kann kontinuierlich die Bewegung der Druckdüse, die Druckgeschwindigkeit sowie die Temperatur des heißen Kunststoffverbundmaterials verfolgen, während es Schicht für Schicht abkühlt.

Technik und Auswirkungen

Zusätzlich nutzt das System Computer Vision, eine Form der Künstlichen Intelligenz, die Maschinen ermöglicht, visuelle Daten zu interpretieren. Dadurch kann das System während des Fertigungsprozesses Live-Thermobilder analysieren.

Falls es feststellt, dass das aufgetragene Material zu schnell abkühlt oder vor dem Aufbringen der nächsten Schicht zu kalt wird, passt es die Druckgeschwindigkeit autonom an, um optimale Druckbedingungen zu gewährleisten. Weniger Produktionsfehler Um das System zu testen, druckte das Team eine sechseckige Struktur, die größer als ein LKW-Reifen ist.

Sie starteten den Druck absichtlich mit niedriger Geschwindigkeit, wodurch das Material etwa 30 Prozent unter die gewünschte Temperatur abkühlte. Der Controller erkannte das Problem und erhöhte die Geschwindigkeit automatisch. Zudem stellte er die für eine starke Verbindung zwischen den Schichten notwendige korrekte Temperatur wieder her.

Chris O'Brien, ein Doktorand an der

Chris O'Brien, ein Doktorand an der University of Tennessee, der am Projekt teilnahm, gab an, dass das Werkzeug Temperaturunterschiede und korrigieren kann. Dies sei, so O'Brien, entscheidend, da Temperaturschwankungen eine häufige Ursache für zerstörte Verbunddrucke sind.

Ein großer Vorteil der Technologie ist zudem, dass sie keine Neukalibrierung für jedes neue Design oder jede neue Geometrie erfordert.

Sie funktioniert zudem über verschiedene Drucker, Materialien und Objektformen hinweg. „Es gibt ein enormes Potenzial, diese Maschinen intelligenter und reaktionsschneller zu machen", fasste Villez in einer Pressemitteilung zusammen.

Das System integriert einen digitalen Zwilling, also eine virtuelle Repräsentation des physischen Druckprozesses, die mittels maschinellen Lernens erstellt wird. Damit können die Wissenschaftler neue Materialien und Druckverfahren sicher testen, bevor sie sie in Fabriken einsetzen.