Qualitätssicherung beim 3D Druck in der Serienfertigung

Heute mal ein etwas trockenes Thema. Jedoch nicht minder interessant und umso wichtiger, denn es geht am Ende um Zeit, Kosten und etwaiger Umweltbelastung durch Materialabfall angesichts Fehldrucke.
Auf den Punkt gebracht: Es geht um Qualitätssicherung 3D gedruckter Teile in der Serienfertigung.

Serienfertigung erlaubt und verzeiht keine Fehler, hier muss alles passen.

Angenommen ...
... ein potenzieller Kunde winkt mit einem lukrativen Auftrag. Der Wunsch des Kunden in spe ist ein Bauteil mit ganz bestimmten Eigenschaften hinsichtlich chemikalischer Resistenz, Festigkeit und thermischer Belastbarkeit. Es sollen on demand kleinere Serien mit individuellen Unterschieden produziert werden. Hier sind unter anderem Schnelligkeit und Wirtschaftlichkeit die ausschlaggebenden Aspekte. Herkömmliche Verfahren wie Spritzguss kommen also nicht infrage, jetzt schlägt die Stunde des 3D Drucks.

Um das eigene Angebot auf dem Markt weiter zu diversifizieren, wurde genau dafür in eine 3D Druckerfarm investiert.

Exakt nach den Vorgaben des Auftraggebers wurde das Bauteil in CAD konstruiert, für den 3D Druck gesliced und nach der Materialauswahl und Vorbereitung des 3D Druckers das erste Probe-Bauteil gefertigt.

Ein, zwei Durchläufe später ist das Bauteil scheinbar perfekt optimiert, nun ist es Zeit für den Seriendruck der Charge auf der gesamten Druckerfarm. Die Deadline des Kunden schaut schon eindringlich um die Ecke.

Super, 48 Stunden später können die Teile verpackt und auf den Weg gebracht werden.

Wenig Zeit später, der Finger schwebt schon über der Entertaste, um die Rechnung zu versenden, klingelt das Telefon. Der neue Kunde hat ein Problem mit den Bauteilen. Und nicht nur der Kunde hat ein Problem.

Jetzt kann es teuer werden und die eigene Reputation steht auf dem Spiel.
An welchem Punkt im Entwicklungs- und Fertigungsverlauf hat es Abweichungen gegeben? Eine zertifizierte Qualitätssicherung inklusive Dokumentation der kompletten Prozesskette kann jetzt helfen.

Sofern sie vorhanden ist.
Falls nicht, wird's jetzt höchste Zeit.

Herausforderungen meistern mit dem Anwenderleitfaden des Fraunhofer IPA

Ansätze zur Qualitätssicherung

Die Anforderungen an einen validierten Prozess zur Qualitätssicherung im 3D Druck sind immer anwendungsspezifisch. Z. B. welches Material ist am besten geeignet, um die Anforderungen des zu druckenden Bauteils angesichts Maßgenauigkeit, Festigkeit, Wärmeformbeständigkeit oder Chemikalienresistenz zu erfüllen?

Ein möglicher Ansatz für einem Prozess der Qualitätssicherung kann eigenes Erfahrungswissen sein. Allerdings kostet das Erlangen dieses Wissens viel Zeit und viel Geld.

Noch ein Ansatz, um eine zertifizierte Qualitätssicherung in eigene Workflows zu implementieren ist die Kooperation mit einem erfahrenen Partner. Das Erfahrungswissen des Partners kann gerade am Anfang die Prozesse enorm beschleunigen.

Eine dritte Möglichkeit der Qualitätssicherung hinsichtlich der geforderten Eigenschaften eines Bauteils ist die methodische Materialauswahl z.B. mit einem validierten Anwenderleitfaden.

Anwenderleitfaden zur Qualitätssicherung in der Materialextrusion des Fraunhofer IPA

Prozesskette der Materialextrusion –
Wie ein Bauteil in der additiven Fertigung entsteht

Vor dem 3D Druck steht die Frage: Ist das Bauteil überhaupt geeignet, additiv gefertigt zu werden? Und wenn ja, mit welchem Verfahren und welchem Material.
In der Machbarkeitsprüfung wird geprüft, ob das Bauteil 3D druckbar ist, welche Konstruktionsrichtlinien beachtet werden müssen Welche Eigenschaften muss das Material haben, um den Anforderungen an das Bauteil zu entsprechen?

Wie ist der Weg vom digital parametrisierten Bauteil über das gefertigte zum nutzbaren Bauteil?

Qualitätssicherung in der Prozesskette der Materialextrusion ...
... in drei Schritten: Daten- und Prozessvorbereitung – Fertigung – Nachbearbeitung

Dabei findet die Qualitätssicherung in Teilprozessen statt.

1. PRE-Prozess

• Vorbereitung der Daten
  Konstruktion
  Slicing
• Vorbereitung des Filaments
  Kontrolle der Charge
  Überprüfung des Filamentzustands
  Transport in bzw. aus der Fertigungsmaschine
• Vorbereitung der Fertigungsmaschine
  Reinigung der Maschine
  Vorbereitung des Fertigungsdurchlaufs

2. IN-Prozess

• Betrieb der Fertigungsmaschine
  Starten des Fertigungsdurchlaufs
  Protokollierung der Fertigungsdaten
• Überwachung des Fertigungsdurchlaufs
  Manuelle Überwachung
  Automatisierte Überwachung

3. POST-Prozess

• Fertigungsmaschinen-spezifische Nachbearbeitung
  Entnahme des Bauteils
  Nachbearbeitung der Fertigungsmaschine
• Bauteil-spezifische Nachbearbeitung
  Entfernen der Stützstrukturen
  Verbesserung der Bauteileigenschaften

Organisatorische Umsetzung

Im nächsten Schritt folgt die organisatorische Umsetzung der Qualitätssicherungsmaßnahmen, beginnend mit der Bereitstellung der dafür notwendigen Hard- & Software.

Im weiteren Verlauf folgt die Qualifizierung der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter durch entsprechende Arbeitsanweisungen und anschließend die Dokumentation in Checklisten. Die Listen und Anweisungen können individuell an jedes Bedürfnis gestaltet bzw. angepasst werden. Da sind die Anwenderinnen und Anwender die Architekten der eigenen Abläufe und Inhalte.

Implementierung in die Serienfertigung

In der Serienfertigung müssen die Bauteile und die Prozesse soweit optimiert sein, dass Toleranzen nur innerhalb der eng gesteckten Parameter zulässig sind.

Die Implementierung der Qualitätssicherung in die Serienfertigung besteht im Leitfaden des Fraunhofer IPA aus drei Bausteinen:

1. Das Güteklassensystem mit der Quantifizierung der Bauteileigenschaften
2. Eine Qualitätsmatrix mit der Gewichtung der quantifizierten Bauteileigenschaften
3. Die Serienqualifizierung mit der Implementierung der Qualitätssicherung in der Serienfertigung

Im Serienprozess werden die erforderlichen Fertigungsparametersätze und Güteklassen definiert. Z. Bsp. welche Schichtdicke wird gedruckt oder welches Material wird mit welchen Bauraum- und Bauplattformtemperaturen gefertigt?

Nach dem ersten Fertigungsdurchlauf erfolgt die Prüfung der Bauteilqualität hinsichtlich Form- und Maßhaltigkeit.

Im zweiten Fertigungsdurchlauf steht die Prüfung der Haupteigenschaften des Probekörpers auf der Checkliste.

Im dritten Schritt erfolgt die Bauteilqualifizierung und damit die Freigabe zur Serienfertigung oder keine Freigabe.

Zusammenfassung

Der Leitfaden besteht aus genau zwei Bestandteilen.

Zum einen kann die komplette Prozesskette, mit den wichtigen Bestandteilen, abgebildet werden:

• Analyse der qualitätsrelevanten Prozesse
• PRE-Prozess (Daten, Filament, Maschine)
• IN-Prozess (Betrieb, Strangablage)
• POST-Prozess (Fertigungsspezifische Nachbearbeitung, Bauteilspezifische Nachbearbeitung)

Ableitung von Arbeitsanweisungen und Dokumentationen durch Checklisten, die im Leitfaden zu finden sind.

Und zum anderen gibt der Leitfaden durch die 3-stufige Methodik Unterstützung dabei, die Qualitätssicherung unter den Bedingungen einer Serienfertigung durchzuführen:

• Implementierung der Qualitätssicherung in die Serienfertigung
• 3-stufige Methodik zur Zertifizierung
• Einordnung in ein Güteklassensystem
• Nutzung einer spezifischen Qualitätsmatrix

Und nun schau dir hier im Webinar den kompletten Anwenderleitfaden des Fraunhofer IPA zur Qualitätssicherung in der Serienfertigung an uns sichere dir ein kostenloses Exemplar.