High-Speed-Thermografie in der Additiven Fertigung

In der additiven Fertigung hängt die Qualität des endgültigen Produktes maßgeblich von der Temperatur ab. Wärmebildkameras erfassen in Echtzeit Temperaturentwicklungen und Abweichungen und ermöglichen ein schnelles Eingreifen in den laufenden Prozess.

Kontrollierte Prozesssteuerung und Qualitätssicherung

In der additiven Fertigung – auch bekannt als 3D-Druck – wird Material Schicht für Schicht aufgetragen, um dreidimensionale Gegenstände herzustellen. Gleichzeitig finden chemische und physikalische Härtungs- und Schmelzprozesse statt, bei denen die Temperatur eine entscheidende Rolle spielt. Wärmebildkameras unterstützen bei der systematischen Überwachung des gesamten Herstellungs- und Bearbeitungsprozesses.

Zahlreiche dieser additiven Fertigungsverfahren basieren auf Lasertechnologien wie Laserschmelzen, -sintern oder -auftragsschweißen. Andere Verfahren wie Binder Jetting werden durch einen Sinterdurchgang abgeschlossen, um das Material vollständig auszuhärten. Um bei diesen Verfahren thermische Auffälligkeiten zu lokalisieren und detailliert abzubilden, unterstützen Thermografiekameras von InfraTec die Ermittlung und nachfolgende Einhaltung thermischer Prozessparameter durch In-Line-Überwachung. So können Wärmebildkameras beispielsweise direkt in einer Fertigungsmaschine integriert werden und ermöglichen dadurch eine berührungslose und rückwirkungsfreie Temperaturmessung.

Relevant sind dabei meist die Erfassung der Temperaturverteilung der Pulverbettoberfläche sowie die Messung von Schmelztemperaturen. Beides ist realisierbar für Temperaturbereiche bis über 2.000 °C und während der Laser arbeitet (in situ Messung).

Die genaue Überwachung von Maschinen, Verarbeitungsanlagen, Materialien und Temperaturen während der Fertigung und Verarbeitung von additiven Teilen ist sowohl in der Industrie als auch in der Forschung von elementarer Bedeutung. Die Abbildung der Wärmeflüsse in Bauteilen schafft ein vollständiges Prozessverständnis und erlaubt die präzise Kontrolle der Temperaturentwicklung der zu verarbeitenden Materialien sowie eine exakte thermische Steuerung des Prozesses. Fehler in der Produktion werden somit frühzeitig erkannt, Ausschuss aktiv vermieden und Rückläufer minimiert.

Außerdem können dadurch Prozess- und Taktzeiten deutlich optimiert und Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und (Schmelz-)Temperaturen abgeleitet werden.

Anforderungen an Wärmebildkameras in der Additiven Fertigung mit Lasern

Die eingesetzten Wärmebildkameras müssen aufgrund der Charakteristika von Lasern in der additiven Fertigung spezifischen Anforderungen entsprechen. Dies gilt zum Beispiel mit Blick auf das zeitliche Auflösungsvermögen.

Typisch für die Arbeit mit einem Laser sind kurze Laserwirkungszeiten, bei denen Wärmeeinträge innerhalb von Sekundenbruchteilen stattfinden. Dies erfordert das Messen mit hohen Bildfrequenzen in Voll- und Teilbild. Besonders in der Mikromaterialbearbeitung mit gepulstem Laserlicht sind die Anforderungen an Thermografiesysteme sehr hoch. Geeignet für diese Anwendung ist beispielsweise die ImageIR® 8300 hs, da sie mit einem Bildformat von (640 × 512) IR-Pixeln und der hohen Bildfrequenz von 1.004 Hz Hochgeschwindigkeitsprozesse abbilden kann.

Eine ebenso große Bedeutung kommt der thermischen und geometrischen Auflösung der Wärmebildkameras zu. Je nach Verfahren und Material können mittels Laser sehr große als auch sehr kleine Temperaturunterschiede erzeugt werden, welche durchgehend und sehr präzise überwacht werden müssen. Hier bietet InfraTec verschiedene Funktionen der Kameras, wie z. B. HighSense-Mode, HDR-Funktion, HighSpeed-Mode und geometrische Auflösungen im HD-Bereich.

InfraTec - Additive manufacturing for process control
  • InfraTec-icon-detektor-1920x1536
    Detektorformat

    Thermografiebilder mit hoher Auflösung für die Temperaturmessung

  • InfraTec Icon 15 mK
    Thermische Auflösung

    Präzises Erkennen geringster Temperaturunterschiede

  • IR-Bildfrequenz

    Analyse sehr schneller Temperaturänderungen und dynamischer Prozesse

  • InfraTec-icon-10-gige
    10 GigE-Schnittstelle

    Schnelle Übertragung und Speicherung größter Mengen von Messdaten auf einen Computer

  • InfraTec-icon-ip67
    Schutzgrad

    Konstant hervorragende optische und messtechnische Leistung selbst in rauen industriellen Umgebungen

Thermische Auffälligkeiten zuverlässig lokalisieren und detailliert abbilden

Durch In-Line-Überwachung thermischer Prozessparameter unterstützen Thermografiekameras von InfraTec die Optimierung additiver Fertigungsverfahren.

  • Berührungslose und rückwirkungsfreie Temperaturmessung
  • Abbildung von Wärmeflüssen in Bauteilen zur Gewinnung eines vollständigen Prozessverständnisses
  • Präzise Kontrolle des Aufheizens und Abkühlens der zu verarbeitenden Materialien
  • Überwachung definierter Energieeinträge und Reduzierung der thermischen Belastung
  • Exakte thermische Steuerung des Prozesses dank High- Speed-Datenerfassung, hoher geometrischer Auflösung und verzögerungsfreier Triggerung
  • Lückenlose Erfassung, Dokumentation und Auswertung von Temperaturverteilungen zur Ermittlung des optimalen Energieeintrags durch den Laser
InfraTec - Additive manufacturing for process control
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Deutschland

InfraTec GmbH
Infrarotsensorik und Messtechnik
Gostritzer Str. 61 – 63
01217 DresdenDEUTSCHLAND

Leistungen von InfraTec im Überblick

  • Gekühlte und ungekühlte High-End-Thermografiekameras zur Lösung komplexer Aufgabenstellungen
  • Verschiedene Detektorformate mit bis zu (1.920 × 1.536) IR-Pixeln und großen Temperaturmessbereichen
  • Modulares Design zur optimalen Anpassung an die Messund Prüfsituation (OEM-Lösungen)
  • Vollständiges Sortiment an Präzisions-Wechseloptiken mit erstklassiger Übertragungsgüte
  • Komplettlösungen inkl. Zubehör und Software für den F&E-Bereich und zur Prozesskontrolle
  • Erstklassiger Service sichert hohe Systemverfügbarkeit
  • Innovative Messtechnik mit über 25 Jahren Kompetenz

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Wärmebildkamera für die additive Fertigung

  • Wärmebildkamera ImageIR® 8300 hs Serie von InfraTec
    ImageIR® 8300 hs

    ImageIR® 8300 hs

    Kategorie

    High-End-Thermografiesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (640 x 512) IR-Pixel

    Detektortyp
    T2SLS oder InSb
    Bildfeldrechner
    Neu
  • ImageIR® 10300

    ImageIR® 10300

    Kategorie

    High-End-Thermografiesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (1.920 × 1.536) IR-Pixel

    Detektortyp
    InSb
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera ImageIR® 9400 hp Serie von InfraTec
    ImageIR® 9400 hp

    ImageIR® 9400 hp

    Kategorie

    High-End-Thermografiesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.560 × 2.048) IR-Pixel

    Detektortyp
    InSb
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera VarioCAM® HD head von InfraTec
    VarioCAM® HD head 900

    VarioCAM® HD head 900

    Kategorie

    Stationäre Industriesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.048 × 1.536) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera VarioCAM® High Definition von InfraTec
    VarioCAM® HD inspect 900

    VarioCAM® HD inspect 900

    Kategorie

    Profi- und Universalkameras

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.048 × 1.536) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera VarioCAM® High Definition von InfraTec
    VarioCAM® HD research 900

    VarioCAM® HD research 900

    Kategorie

    Profi- und Universalkameras

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.048 × 1.536) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
  • Radiometrisches IR-Kameramodul PIR uc 605, InfraTec
    PIR uc 605

    PIR uc 605

    Kategorie

    Stationäre Industriesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (640 × 480) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
    Neu
  • Wärmebildkamera ImageIR® 9500 von InfraTec
    ImageIR® 9500

    ImageIR® 9500

    Kategorie

    High-End-Thermografiesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.560 × 1.440) IR-Pixel

    Detektortyp
    MCT
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera ImageIR® 9400 Serie von InfraTec
    ImageIR® 9400

    ImageIR® 9400

    Kategorie

    High-End-Thermografiesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.560 × 2.048) IR-Pixel

    Detektortyp
    InSb
    Bildfeldrechner