Ziel der Entwicklung

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen Prüfverfahrens für die Inprozess-Qualitätssicherung beim FDM-3-D-Druck. Die Anwendbarkeit des Verfahrens wird mit Hilfe eines Demonstrators nachgewiesen. Das System ist kompakt zu gestalten, um eine Integrierbarkeit in gängige Desktop-Drucker zu ermöglichen. Der Kostenaspekt ist bei der System-Hardware in besonderem Maße zu betrachten, um eine spätere breite Vermarktbarkeit, auch im Bereich der Heimanwender zu gewährleisten.
Durch Gewährleistung einer kurzen Prüfzeit und einer Auswahl der kritischen Bereiche am Bauteil, an denen eine Prüfung durchgeführt wird, erhöht sich die Druckzeit durch die Prüfschritte nur um wenige Sekunden. Der Vergleich der Soll- und Ist-Geometrie ist auf Basis des CAD-Modells, wie zum Beispiel einer STL-Datei, oder des maschinenspezifischen G-Codes auszuführen. Dies stellt eine entscheidende Erweiterung zu derzeit verfügbaren Kameralösungen dar, wie zum Beispiel OctoPrint, welche eine reine Übertragung des Kamerabildes vom Druckfortschritt auf ein externes Gerät wie zum Beispiel ein Smartphone ermöglichen. Damit kann der Nutzer den Druck, zum Beispiel von unterwegs, beobachten. Es erfolgt jedoch keine automatisierte Prüfung mit zeitnahem Druckabbruch im Fehlerfall.

Vorteile und Lösungen

Im Rahmen der durchgeführten FuE-Arbeiten wurde nachgewiesen, dass mittels Kameratechnik und kostengünstiger LED-Ring- oder Balkenbeleuchtung (Auflicht) eine kontrastreiche Aufnahme eines FDM-Bauteils während des Drucks in verschiedenen Schichten möglich ist, indem der Druckkopf kurz zur Seite fährt und die Sicht auf das Bauteil freigibt. Sofern der Drucker über eine Software-Schnittstelle wie ein SDK verfügt, kann das Verfahren des Druckkopfes in die Home-Position von einem Kleinstrechner, wie zum Beispiel einem Raspberry Pi, gesteuert werden, welcher auch die Bildaufnahme und Auswertung übernimmt. Gibt es diese Schnittstelle nicht, so kann über Bildauswerteverfahren erkannt werden, wenn sich der Druckkopf nicht mehr über dem Bauteil befindet.
Aufgrund der schnellen Positionierung sind Core-XY-Systeme für die Nachrüstung des Überwachungssystems besonders geeignet. Die Prüfung auf Formabweichungen erfolgt über eine Kantendetektion am Bauteil zur Bestimmung der Konturen und einen anschließenden Vergleich mit dem CAD-Modell. Damit ist es möglich, nahezu alle typischen Fehler im 3D-Druck nach dem FDM-Prinzip zu erkennen.

Zielgruppe und Zielmarkt

Als Zielgruppe für das Produkt „Prüfsystem für den FDM-Druck“ kommen prinzipiell alle Nutzer des FDM-Drucks vom professionellen Industrieanwender bis zum Hobbyanwender in Frage.
Als Hauptzielbranche werden Anwender im Bereich der Prototypen- und Kleinserienfertigung sowie ambitionierte Hobbyanwender gesehen. Das zu entwickelnde System bietet ein hohes Potenzial als Nachrüst-Kit für beliebige 3-D-Drucker mit externem Stativ oder Klemmeinrichtung zur Befestigung am Druckergehäuse aber auch in Form einer Variante mit höherer Genauigkeit (Kamera mit mindestens 5 MPixel sowie für diesen Auflösungsbereich geeignetes Objektiv) für die optionale Integration in industrielle 3-D-Drucker.
Die innovative Technik kommt letztendlich direkt dem Anwender zugute, um einen qualitativ hochwertigen und prozesssicheren 3-D-Druck zu ermöglichen.