Die Herausforderung: ein komplexer Prozess mit wenig Spielraum für Fehler
Die additive Fertigung verändert die moderne Technik grundlegend. Selbst hochkomplexe Bauteile lassen sich heute drucken, oft zu geringeren Stückkosten als in der konventionellen Produktion, besonders in kleinen Stückzahlen. Gedruckte Teile sind zudem tendenziell leichter, weil massive Wände durch Wabenstrukturen ersetzt und separate Verbindungselemente überflüssig werden. In der Luft- und Raumfahrt, wo jedes Gramm zählt, ist diese Gewichtsersparnis entscheidend.
Doch der Prozess selbst verzeiht keine Fehler. Eine lange Liste von Parametern beeinflusst das Ergebnis jeder gedruckten Schicht, und bei sicherheitskritischen Luftfahrtkomponenten kann ein durchgerutschter Fehler fatale Folgen haben. Die Oberflächentextur eines gedruckten Teils wird von Größe und Geometrie der Pulverpartikel, vom Aufschmelzen des Pulvers und von der Nachbearbeitung geprägt. Schon teilweise aufgeschmolzene Partikel können die Textur verändern. Um den Prozess zu steuern, mussten die Ingenieure diese feinen Oberflächenmerkmale zunächst zuverlässig messen können — und die Frage war, ob ihr Messansatz sie überhaupt auflösen konnte.
Die Lösung: großflächige Oberflächendaten in einer einzigen Messung
Um den Druckprozess zu beherrschen, benötigte das Team klare Zahlenwerte zu den gedruckten Oberflächen: Ebenheit und Form, um zu bestätigen, dass keine Erhebungen oder Beulen vorhanden sind, Stufenhöhen gedruckter Merkmale, die Oberflächentextur selbst sowie laterale Abstände wie Kante zu Kante oder Durchmesser. Sowohl der TopMap Pro.Surf als auch der Pro.Surf+ liefern genau diese Art von Daten zur Unterstützung von Produktionskontrolle und Prozessentwicklung.
Testwürfel, die mit unterschiedlichen Texturparametern gedruckt wurden, wurden gemessen, um zu lernen, wie sich der Prozess am besten steuern lässt. Für die Analyse der Oberflächentextur ist eine gewisse laterale Auflösung nötig, aber nicht zwingend ein Mikroskopsystem. In diesem Fall genügte ein Pro.Surf mit kleinem Sichtfeld, und das Rauheitsmodul war nicht einmal erforderlich. Die Textur der Würfel wurde klar aufgelöst.
Der Grund liegt in der Beschaffenheit dieser Oberflächen: Die Ortsfrequenzen, die die Textur dominieren, sind überwiegend größer als die laterale Auflösung des Systems. Ist das der Fall, macht die Kombination aus großem Sichtfeld und ausreichend hoher lateraler Auflösung den Pro.Surf zu einem sehr geeigneten Werkzeug, um diese Art von Oberflächentextur zu messen.
Das große Sichtfeld macht den Unterschied. Normen wie ISO 4287 fordern Messstrecken von 12,5 mm oder sogar 40 mm. Diese Bereiche in einem Durchgang zu erfassen, ist für einen Großflächenprofiler unkompliziert, für ein mikroskopbasiertes System jedoch eine echte Herausforderung, da es viele kleinere Messungen zusammensetzen müsste.
Von Oberflächendaten zur Prozesskontrolle
Über das Auflösen der Textur hinaus passt das System zur Realität eines additiven Fertigungsablaufs. Das große Sichtfeld und der großzügige Arbeitsabstand ermöglichen es, gedruckte Teile unterschiedlicher Größe und Form mit minimaler Vorbereitung zu messen, während das objektivlose, berührungslose Design den täglichen Betrieb einfach und robust hält:
- Große Messflächen, erfasst in einer einzigen Messung
- Kein Risiko einer Objektivkollision
- Weniger Reinigungs- und Justieraufwand
- Reduzierte wartungsbedingte Stillstandzeiten
Mit klaren Oberflächendaten zur Hand konnte das Team spezifische Textur-, Ebenheits- und Stufenhöhenergebnisse auf die Druckparameter zurückführen, die sie erzeugt hatten. Genau diese Rückkopplungsschleife ist nötig, um einen additiven Prozess zu entwickeln und zu stabilisieren:
- Zuverlässiges Auslesen der Oberflächentextur gedruckter Teile
- Ebenheits- und Formkontrolle, um Erhebungen und Beulen zu erkennen
- Auswertung von Stufenhöhe und lateralem Abstand in einem Werkzeug
- Schnellerer Vergleich von Parametervarianten
- Eine stärkere, datengestützte Grundlage für Prozessentscheidungen
Das Ergebnis
In der additiven Fertigung ist die gedruckte Oberfläche nicht nur ein Finish, sondern ein direktes Abbild dafür, wie gut der Prozess läuft. Bei Luftfahrtkomponenten, bei denen ein verborgener Defekt fatal sein kann und die Stückzahlen niedrig sind, ist diese Information unerlässlich, um die Qualität unter Kontrolle zu halten und zugleich von leichteren, günstigeren Teilen zu profitieren.
Indem der TopMap Pro.Surf Oberflächentextur, Ebenheit, Stufenhöhen und laterale Abstände über die von den Normen geforderten großen Messflächen auflöst — und das in einer einzigen Messung ohne Mikroskop —, lieferte er dem Team die Daten, die es brauchte, um seinen Druckprozess zu verstehen und zu steuern. Die Oberflächenmessung war nicht länger eine abschließende Prüfung, sondern wurde zu einem Werkzeug der Prozessentwicklung. Denn am Ende geht es darum, das zu messen, was zählt.
Industrieller Großflächenprofiler
Die telezentrischen Pro.Surf-Systeme sind für die industrielle Oberflächenprofilometrie mit hohem Durchsatz und wiederholgenauer Messpräzision optimiert.
Schneller Einstieg in die Oberflächenmesstechnik
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