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Automatisierte Analyse von Bauteilen aus dem 3D-Drucker für die Luftfahrtindustrie

Interview mit Reinhold Matthes, Werkstoffprüfer für Qualitätsmanagement bei der Liebherr-Aerospace  Lindenberg GmbH, beschreibt seine Erfahrung mit dem Inspektionssystem DM12000 M von Leica

Hersteller in der Luftfahrtindustrie sind stets auf der Suche nach neuen und innovativen Fertigungsmethoden für Bauteile aller Art. Dabei werden die Anforderungen immer komplexer. Die Teile müssen in Form und Gewicht spezifischen Vorgaben entsprechen und zugleich schnell und verlässlich hergestellt werden. In den letzten Jahren wird hierzu vermehrt der 3D-Druck, genauer das Laserstrahlschmelzen eingesetzt und getestet. Die Ergebnisse aus dem 3D-Druck ermöglichen neue Wege in der Luftfahrtindustrie. Gleichzeitig ergeben sich aber neue Fragestellungen was die Bauteil-Qualität dieser neuen Fertigungsmethode angeht.

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Mitarbeiterin in der Werkstoffprüfung bei der automatisierten Analyse eines 3D gedruckten Metallbauteils mit dem Inspektions- und Reviewsystem DM12000 M von Leica

Interview mit Reinhold Matthes, Werkstoffprüfer für Qualitätsmanagement

Reinhold Matthes beschreibt, wie das Inspektionsmikroskop DM12000 M speziell für die Porenanalyse von 3D-gedruckten Metall-Bauteilen aufgesetzt worden ist, um eine schnellere Qualitätsbeurteilung zu ermöglichen.

Liebherr-Aerospace ist einer der führenden Ausrüster in der Luftfahrtindustrie. Das Unternehmen entwickelt, fertigt und betreut Luftmanagement-, Flugsteuerungs- und Betätigungssysteme, Fahrwerke sowie Getriebe für die Luftfahrtindustrie. Liebherr-Aerospace investiert laufend in Forschung und Entwicklung (F&E), um neue Lösungen zu entwickeln, die in der nächsten Generation von Luftfahrzeugen zum Einsatz kommen.


Herr Matthes, könnten Sie erläutern welche Analysen Ihr Team für die Qualitätsbestimmung der Bauteile aus dem 3D-Druck mit dem DM12000 M durchführt?

Reinhold Matthes: Wir nutzen das Mikroskop für die automatisierte Porenanalyse für Proben, die mithilfe des Laserstrahlschmelzens gefertigt werden. Insbesondere Bauteile aus Titan werden mit diesem Inspektionssystem automatisch analysiert. 


Wie genau läuft die automatisierte Porenanalyse ab?

Reinhold Matthes: Bis zu sechs Proben werden aufgelegt, dann wählt der prüfende Mitarbeiter die zu scannenden Bereiche in einem Übersichtsbild am PC aus. Daraufhin startet die Software die Serienbildaufnahme und erzeugt automatisch die entsprechenden Bilder, die abschließend in einer Serienmessung analysiert werden.

Diese Methode ist an sich simpel, aber wirksam. Das Mikroskop unterscheidet automatisch zwischen hellen und dunklen Flächen auf der Probe. Die Analyse basiert dann auf der Berücksichtigung des jeweiligen Flächenanteils und der Grössenverteilung der Poren. 
Hierzu hat uns Herr Frank, Applikationsexperte bei Leica, spezielle Makros programmiert, die genau unsere Messvorgaben ausführen.

Unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter prüfen anschließend das Protokoll. Als Kontrollwert dient dabei der mittlere Grauwert des Hintergrunds. Dieser Wert ermöglicht es schnell und einfach festzustellen, ob das Mikroskop abweichend vom Standard eingestellt worden ist. Wenn es auffällige Werte gibt, kontrollieren wir die Messungen/Messvorgaben des Mikroskops entsprechend nach. Das ermöglicht uns viel effizienter zu arbeiten.


Können Sie beschreiben wie genau die automatisierte Analyse mit DM12000 M zu effizienteren Arbeitsabläufen beiträgt?

Reinhold Matthes: Früher wurde die Analyse der Proben extern vergeben. Unter Umständen dauerte es mehrere Wochen, bis die Resultate vorlagen. Damit verzögerte sich die Entwicklung der Prozessparameter am 3D-Drucker erheblich. 

Mit der automatisierten Analyse von Leica konnten wir die Dauer der Qualitätsprüfung extrem reduzieren. Von der Probenvorbereitung bis zum Messergebnis benötigen wir jetzt nur noch zwischen drei bis fünf Stunden.

Letztendlich geht es also um einen schnelleren Durchlauf in der Produktion sowie um eine effiziente Qualitätskontrolle.

Ein weiterer Vorteil ist die Reduzierung von Fehlerquellen durch die automatisierte Analyse. Das System ermöglicht sehr genaue Messungen, da alle Standardwerte für die Messkonfiguration, sowie die Mikroskop- und Kameraeinstellungen automatisch im Protokoll festgehalten werden. Das hilft uns Abläufe zu standardisieren und gleiche Aufnahmebedingungen zu garantieren.

Auf welche Kriterien legen Sie besonderen Wert bei der Anschaffung eines Mikroskop Systems? 

Reinhold Matthes: Eines der wichtigsten Entscheidungskriterien ist die Software. Sie sollte intuitiv bedienbar sein, damit sich Nutzer schnell zurechtfinden und keine Arbeitsschritte vergessen werden. Dank der Makro-Programmierung durch Christoph Frank, Applikationsexperte bei Leica Microsystems, konnte die Benutzeroberfläche einfach und entsprechend unseren Anforderungen aufgesetzt werden. Wichtige Funktionen sind durch entsprechende Schaltflächen hervorgehoben.

Wenn Sie sich ein Mikroskop für die Zukunft zusammenstellen könnten, welche Funktionen sollte es haben, um Ihre Arbeit noch effizienter zu gestalten?

Reinhold Matthes: Das Ziel ist es, Routinearbeiten weiter zu automatisieren, damit die Mitarbeiter sich anspruchsvolleren Analysen widmen können. Folglich wäre es ideal, wenn die Probeninspektion vollautomatisch ablaufen würde. Die Software müsste die Probe dafür selbständig erkennen, automatisch fokussieren und die Analysen direkt im Live-Bild ausführen, sowie am Ende das Protokoll ausweisen.  


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