Hochpräzise Schichtarbeit

MBFZ toolcraft GmbH nutzt mit ZEISS 3D ManuFACT durchgängige Qualitätssicherung in der additiven Fertigung

3DManuFACT Toolcraft
Die MBFZ toolcraft GmbH im fränkischen Georgensgmünd fertigt High-end-Präzisionsteile unter anderem für die Luft- und Raumfahrt, seit 2011 auch in 3D-Druck. Die junge etablierte Fertigungstechnologie ist eine Herausforderung für die Qualitätssicherung. Diese bewältigt toolcraft mit ZEISS 3D ManuFACT, der einzigen Lösung am Markt zur durchgängigen Qualitätssicherung für die additive Fertigung.

3DManuFACT Toolcraft
3DManuFACT Toolcraft

Hochpräzise Schichtarbeit

Hitze, Lärm, Ölgeruch: Sie gehörten bisher zur industriellen Fertigung wie Yin zu Yang. Ganz anders in der gläsernen Halle bei toolcraft. Wer mit seinem Mitarbeiterausweis die Zugangskontrolle überwunden hat, hört: nichts. Durch kleine Fenster an den zwölf 3D-Druckmaschinen kann er jedoch gleißenden Laserstrahlen dabei zusehen, wie sie Schicht für Schicht über das Metallpulver tanzen und es aufschmelzen.

Neuland Qualitätssicherung

Wie immer, wenn eine neue Technologie die Märkte erobert, gibt es auch Fragezeichen. Eines davon ist die Qualitätssicherung. Jens Heyder deutet auf einen Monitor, der zwei Bilder, aufgenommen mit dem Lichtmikroskop ZEISS Axio Imager, in 50-facher Vergrößerung zeigt. Links ist ein Schliff aus einem guten Bauteil zu sehen – rechts dagegen lassen sich Lunker und Schweißfehler erkennen.

„Bei hoher Belastung könnte es hier zu Rissen kommen“, warnt Heyder, der seit drei Jahren als Werkstofftechniker im Werkstofflabor von toolcraft arbeitet. Das Werkstofflabor ist aber nur ein Baustein in der lückenlosen Qualitätssicherung bei toolcraft. Geprüft wird nach jedem Prozessschritt. Und zwar immer auf einer Maschine mit dem blauen ZEISS Logo: Zwei Mikroskope (ZEISS Axio Imager und ZEISS Axio Zoom.V16), mehrere Koordinatenmessgeräte (zwei ZEISS ACCURA, eine ZEISS CONTURA und eine ZEISS DuraMax) sowie ein optischer 3D-Scanner werden eingesetzt.

3DManuFACT Toolcraft

Durchgängige Daten

„ZEISS ist der einzige Anbieter für Messtechnik für die gesamte Prozesskette in der additiven Fertigung mit vollständiger Durchgängigkeit der Daten“, erklärt Christoph Hauck, einer von drei Geschäftsführern des Unternehmens.

Der heute 42jährige kam bereits 2005 bei toolcraft mit der additiven Fertigung in Berührung. Damals war die Qualität jedoch „noch sehr verbesserungswürdig“ und nur für Prototypen zu gebrauchen. Heute ist das anders. Die Teile, die toolcraft liefert, sind nach den strengen Vorgaben der Luft- und Raumfahrtindustrie oder der Medizintechnik qualifiziert und genauso leistungsfähig und haltbar wie traditionell gefertigte Teile.

Und dabei effizienter in Fertigung und Anwendung, wie eine additiv gefertigte Statorleitschaufel, die den Gasstrom durch eine stationäre Gasturbine lotst, zeigt. Die geschwungene Form der Schaufeln wurde mit aufwändigen Simulationen optimiert und lässt sich zerspanend mit vertretbarem Aufwand kaum noch herstellen.

Um derart komplexe Schaufelgeometrien abtasten zu können, „setzen wir das Blade-Softwaremodul von ZEISS ein“, sagt Markus Miehling. Einen schnellen Überblick über die Form des Schaufelpakets verschafft sich der Leiter der Qualitätssicherung mit dem 3D-Scanner.

Vieles in der Qualitätssicherung der additiven Fertigung ist dabei Neuland. Die Werkstoffexperten bei toolcraft entwickelten beispielsweise ein eigenes Verfahren, um die Korngrößenverteilung und Struktur des Metallpulvers zu untersuchen. Sie vermischen das Pulver mit einem Epoxidharz. Anschließend werden die ausgehärteten Probekörper angeschliffen und dann unter dem ZEISS Axio Zoom.V16 untersucht.

Taktile Endkontrolle

Auch bei der taktilen Messung brauchen additiv gefertigte Teile eine Sonderbehandlung. Direkt aus dem Drucker kommend sind sie zu rau, um sie scannend zu messen. Anstatt im Dauerkontakt über die Oberfläche zu streichen, nimmt der Taster deshalb nur Einzelpunkte auf.

Ist das Teil in Ordnung, kommt es in die Endbearbeitung. Hier drehen Zerspanungstechniker Gewinde ein, optimieren Radien oder „veredeln“ Oberflächen zerspantechnisch. Bei der erneuten Messung auf ZEISS ACCURA kann dann auch ein scannender taktiler Sensor eingesetzt werden. Das Koordinatenmessgerät ist mit der mass-Technologie (multi application sensor system) von ZEISS ausgerüstet, die einen schnellen Wechsel zwischen verschiedenen Sensoren, auch einem optischen Liniensensor, erlaubt.

Zwar nutzt toolcraft bereits viele Geräte aus dem ZEISS 3D ManuFACT Portfolio, ein Rasterelektronenmikroskop oder ein Computertomograph sind jedoch noch nicht im Einsatz. Welche Messgeräte sie in Zukunft anschaffen werde, stehe noch nicht fest, sagt Christoph Hauck, sicher sei aber, dass sie von ZEISS sein werden. Denn „die Qualitätssicherung in der additiven Fertigung ist eine große Herausforderung und da ist es beruhigend, mit ZEISS einen erfahrenen Partner an unserer Seite zu wissen.“


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