AM: Wiederholbarkeits-Lücke schließen

MKS Instruments schließt die "Wiederholbarkeits-Lücke" in der Additiven Fertigung – Christian Dini, Director Global Business Development Ophir, im Interview mit TCT

"Die Messung aller wesentlicher Parameter ermöglicht es den Anwendern, eine stabile Leistungsdichte auf der Bauebene und so eine konsistente Metallurgie zu erzielen."

TCT: MKS Instruments forscht und eruiert seit 1961 technische Lösungen, können Sie uns einen Einblick geben, wie das Unternehmen aktuell den Reifegrad der Additiven Technologien im Markt beurteilt?

CD: Tatsächlich haben wir die Entwicklungen im Bereich Additive Manufacturing (AM) von Tag 1 begleitet. Die Evolution der Technologie in den letzten 25 Jahren ist wirklich beeindruckend. Ursprünglich begann alles als Nischentechnologie, die sich im Wesentlichen auf Forschung und Entwicklung für Rapid Prototyping und Medizintechnik beschränkte. Heute ist AM auf dem Weg zur Serienfertigung. Selbstverständlich wird auch heute noch mit der Produktion von Einzelteilen oder Kleinserien der größte Teil der Umsätze erwirtschaftet. Aber wir beobachten zunehmend, dass auch in Kernmärkte wie die Automobil- oder die Luft- und Raumfahrtindustrie starke Bewegung kommt. Einige Sekundärteile werden schon heute mit der AM-Technologie hergestellt, allerdings gibt es nach wie vor eine große Herausforderung auf dem Weg zur Serienfertigung, insbesondere bei der Fertigung von Metallteilen: die Wiederholbarkeit. Unabhängig davon, ob mehrere Laser an einem Teil arbeiten oder verschiedene AM-Anlagen die gleichen Teile produzieren – die Produktqualität muss zuverlässig hoch und reproduzierbar sein.

TCT: Der TCT Award liegt vor uns und Ophir® BeamWatch® AM wurde dafür nominiert und ist auf der Shortlist für den Inspex Award. Können Sie uns sagen, warum das Produkt so innovativ ist und welche Lücke es im Markt schließt?

CD: Wenn wir über Zuverlässigkeit sprechen, steht diese in direktem Zusammenhang mit Wiederholbarkeit. Wenn Sie sich auf den fokussierten Laserstrahl verlassen wollen, müssen Sie in der Lage sein, diesen wiederholbar und präzise zu messen. Ophir BeamWatch AM ist das erste Laserstrahlmessgerät für die Additive Fertigung, das auf berührungsloser Messtechnik basiert. Weder wird die Sensorik zur Strahlkaustikmessung durch den fokussierten Strahl beeinflusst noch der Laserstrahl durch die Messung. BeamWatch AM schließt also die "Wiederholbarkeits-Lücke", es liefert in F&E, Produktion und bei Feldmessungen jederzeit verlässliche Messergebnisse. Zudem sinkt durch die einfache Handhabung und kurze Messzeit die übliche Hürde, überhaupt zu messen.

TCT: Die Laserperformance und das Schmelzbad werden häufig als limitierende Faktoren bei der Geschwindigkeit von AM-Prozessen gesehen. Wie adressiert Ophir BeamWatch AM diese Zusammenhänge?

CD: Wenn wir über die Schmelze sprechen, müssen wir uns die eingebrachte Streckenleistung genauer anschauen. Sie ist abhängig von der Zeit, die der Laserstrahl mit dem Material interagiert und der Leistungsdichte des Strahls. Die Leistungsdichte berechnet sich wiederum aus dem Verhältnis von Laserleistung und Fokusgröße. Ein zentrales Problem in diesem Zusammenhang stellt die Veränderung des Strahldurchmessers auf dem Werkstück, verursacht durch den Fokusshift dar, der bis dato kaum gemessen werden konnte. BeamWatch AM hingegen misst nicht nur die wichtigsten Qualitätsparameter des Laserstrahls in Echtzeit. Erstmals ist es auch möglich, den dynamischen Fokusshift während der Anschaltphase des Lasers im Pulverschmelzverfahren zu messen; die sich übrigens während des AM-Prozesses sehr häufig wiederholt, da der Laser je nach Produktform und software-abhängiger Baustrategie unzählige Male an- und ausgeschaltet wird, was zu einem sehr dynamischen Effekt führt. Die Messung aller wesentlicher Parameter ermöglicht es den Anwendern, eine stabile Leistungsdichte auf der Bauebene und so eine konsistente Metallurgie zu erzielen.

TCT: Welchen Einfluss haben nach Ihrer Meinung messtechnische Produkte in Hinblick auf die Verbreitung der Additiven Technologien, und können Sie uns ein konkretes Beispiel liefern, wo ein Prozess damit verbessert wurde?

CD: Lassen Sie uns über ein konkretes Beispiel sprechen. Bei einer Qualitätsprüfung additiv gefertigter Produkte zeigte sich ein deutlicher Qualitätsverlust: Dank BeamWatch AM war es möglich, den Laserstrahl zu vermessen, und es zeigte sich die zeitlich abhängige Verkippung einer Strahlachse mit Nebenmaxima und Fokusshift. Die Experten vermuteten, dass entweder einige Teile nicht korrekt gekühlt wurden oder dass eine Linse oder ein Schutzglas beschädigt waren. Eine physische Prüfung ergab, dass tatsächlich eine Optik in der Strahlführung dejustiert war und sich erwärmte. Das Problem ließ sich schnell beheben. Ohne Ophir BeamWatch AM hätten diese Schlüsse erst nach sehr aufwändigen und langwierigen Untersuchungen gezogen werden können. Jetzt, aufgrund der Echtzeit-Messungen mit der berührungslosen Technologie im Videostil lassen sich dynamische Änderungen messen und Fehlerursachen direkt aufspüren. Mehr noch, der Laserstrahl kann präventiv überwacht werden, um eine Verschlechterung der Produktqualität von Vornherein zu vermeiden.

TCT: Zahlreiche Innovationen wie diese werden häufig Teil von OEM Baugruppen, ist dies auch hier zu erwarten?

CD: MKS und insbesondere die Marke Ophir arbeiten mit zahlreichen Laserherstellern eng zusammen und bieten eine Vielzahl an OEM Produkten. Wir sind prinzipiell offen für jeden OEM, der bereit ist, die spezifischen Systemanforderungen auszuloten und unsere Messtechnik in seine AM-Lösung zu integrieren. Sobald sich die Additive Fertigung in der Serienfertigung etabliert hat, wird das – gerade in Hinblick auf die Digitalisierung der Fertigung – sicher der nächste Schritt sein.

Das Interview erschien in Englisch unter https://www.tctmagazine.com/mks-instruments-ophir-additive-manufacturing/

Jürgen Reingruber, Director European Sales Ophir Products, und Stuart Thomson, UK And Ireland Sales Manager Ophir Products, freuten sich in Birmingham über die Auszeichnung "Highly Commended" für Ophir BeamWatch AM