Es scheint, dass die gesamte Materialprüfungsbranche über die generative Fertigung spricht – aber was bedeutet das für die Materialprüfung? Unsere Experten Mike Shepard, PhD, und Mark Menzuber, MBA, diskutieren über die Grundlagen der generativen Fertigung, was sie vom 3D-Druck unterscheidet und wie sie die Zukunft der Materialprüfung beeinflussen wird.
Was ist generative Fertigung bzw. Additive Manufacturing (AM) und was sind die Vorteile?
Shepard: Nun, ich kann der Technologie unmöglich mit einer kurzen Antwort gerecht werden, aber die generative Fertigung sorgt derzeit für eine Revolution in Design und Fertigung. Die Technologie ermöglicht es uns, Teile direkt aus einer festen Zeichnung heraus zu erstellen, wobei eine breite und wachsende Palette von Methoden für die generative Fertigung zum Einsatz kommt. Im besten Fall sind die Eigenschaften mit denen konventioneller Fertigungsverfahren vergleichbar. Die verschiedenen Techniken sind auf Metalle, Polymere und sogar Verbundwerkstoffe und Keramiken anwendbar. Allgemein gesprochen wird ein Teil direkt, also Schicht für Schicht, aufgebaut. Teile, die enge Toleranzen aufweisen oder belastbar sind, benötigen möglicherweise einige Nachbearbeitungsschritte oder eine Wärmebehandlung; aber in einigen Fällen können die Teile direkt aus dem additiven Fertigungssystem verwendet werden.
Diese Technologie weist zahlreiche Vorteile auf. Erstens erhalten Sie eine unglaubliche Freiheit bei der Gestaltung von Formen und Strukturen. Konstrukteure können Gewicht, Wärmeübertragung, Platzbedarf und andere Eigenschaften optimieren. Zweitens kann sie in Bezug auf den Materialeinsatz sehr effizient sein – man muss nicht einen großen Metallblock in Späne verwandeln, um ein kleines, kompliziertes Teil herzustellen. Aus diesem Grund wird die generative Fertigung als ein hervorragendes „Buy-to-Fly-Verhältnis“ beschrieben Das bedeutet, dass das meiste Material, das Sie kaufen, tatsächlich in die Komponente einfließt und nicht zu Spänen oder Schrott verarbeitet wird. Auch die Lieferkette kann dramatisch verkürzt werden. Mehrere Fertigungsschritte und Lieferanten können potenziell auf einen einzigen, wenn auch komplexen, Fertigungsprozess reduziert werden – an einem einzigen Standort. Die logistischen Vorteile in Form von kürzeren Durchlaufzeiten und konsolidierten Logistikketten liegen auf der Hand.
Welche Branchentrends treiben den Bedarf an AM voran, und welche Branchen sind führend in der Nutzung von AM?
Menzuber: Die meisten Unternehmen, die sich mit der generativen Fertigung bzw. AM beschäftigen, sind wirklich von der Möglichkeit angezogen, das Gewicht zu reduzieren und die Leistung auf verschiedene Weise zu erhöhen. Großes Interesse besteht auch an der Möglichkeit, eine Lieferkette zu vereinfachen und die Durchlaufzeiten zu verkürzen, indem die AM vor Ort anstelle mehrerer Produktionsschritte, möglicherweise an anderen Standorten, eingesetzt wird. Schließlich bietet die AM neue Effizienzmöglichkeiten für kleine bis mittelgroße Produktionsläufe, die eine wirtschaftlichere Anpassung bieten und die Produktentwicklungszeiten verkürzen können.
Technologien für die generative Fertigung können – wenn ausgereift – ziemlich disruptiv zu sein. Jeder zieht die generative Fertigung in Betracht; aber ich sehe das größte Potenzial und die meisten Investitionen in der Luft- und Raumfahrt und in biomedizinischen Anwendungen. Diese Industrien haben Anwendungen mit sehr hoher Wertschöpfung und geringen bis mittleren Stückzahlen. Anwendungen in diesen Branchen sind in der Regel hochgradig optimiert und ausgiebig getestet, sodass aufkommende Fertigungsverfahren wie die AM integriert werden können, da ihr Wertbeitrag klar ist. Anwendungen in der Automobilindustrie sind ebenfalls stark im Kommen, aber die Kostensensibilität in dieser Branche ist höher.
Was ist der Unterschied zwischen 3D-Druck und AM?
Shepard: Diese Begriffe werden immer noch häufig synonym verwendet, insbesondere in den Mainstream-Medien und im Verbrauchermarkt. Meiner Meinung nach werden generativ gefertigte Teile typischerweise in Endanwendungen eingesetzt. Da das Teil in einem Produkt verwendet werden soll, erfordert die AM einen robusten Prozess, der für eine Produktionsumgebung geeignet ist und mit angemessener Effizienz durchgeführt werden kann.
Bei einer Rapid-Prototyping-Anwendung würden die Teile im Allgemeinen keine nennenswerte Beanspruchung erfahren. Die Festigkeit ist möglicherweise nicht sonderlich hoch, und die Eigenschaften sind möglicherweise nicht gleichmäßig. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie diese Teile für eine praktische Anwendung verwenden, vor allem, wenn eine Last im Spiel ist. Der Druckvorgang selbst kann ziemlich langsam sein. Abgesehen davon kann ein schnell verfügbarer physischer Prototyp den Konstrukteuren wirklich helfen zu verstehen, wie ein Teil funktionieren und mit anderen Teilen interagieren wird. Diese gedruckten Prototypen sind auch äußerst hilfreich, um Mitarbeitern und Kunden Passform und Funktion zu demonstrieren. Ich betrachte diese 3D-gedruckten Prototypen als die nächste Stufe vor den Visualisierungen, die Sie mit 3D-CAD-Software erstellen können.
Nutzt MTS die generative Fertigung?
Shepard: Ja. MTS verfügt über eine langjährige Geschichte in der generativen Fertigung, die Mitte der 90er Jahre begann. Wir waren dem Markt ein wenig voraus, aber in Zusammenarbeit mit einer Reihe von Partnern konnten wir unseren lasergeführten generativen Fertigungsprozess (LAM-Prozess) so weit verfeinern, dass wir erfolgreich Teile aus Ti-6Al-4V in Luft- und Raumfahrtqualität herstellen konnten. Einige dieser Teile fliegen vielleicht noch mit einer F-15s. Diese Erfahrung gab uns einen enormen Einblick in die Qualifizierung eines generativen Fertigungsprozesses und der daraus entstehenden Teile, und insbesondere in die mechanischen Prüfaspekte.
In jüngster Zeit sind wir von den Designmöglichkeiten und der Effizienz der generativen Fertigung aus den gleichen Gründen begeistert, aus denen sich unsere Kunden für diese Technologie interessieren. Wir haben ein hauseigenes AM-System, das wir für Rapid Prototyping und einige Produktionsteile verwenden. Wenn wir kundenspezifische Systeme entwickeln, nutzen wir Rapid Prototyping als Teil unseres F&E-Prozesses. 3D-CAD ist fantastisch, und wir nutzen es ausgiebig; aber nichts geht über die Möglichkeit, die Teile in der Hand zu halten und zu sehen, wie sie zusammenpassen und funktionieren. Auch unsere Kunden wissen das zu schätzen. Wenn wir ein neues, einzigartiges System für sie entwerfen, ist es wirklich hilfreich, ein vollständiges oder untermaßstäbliches Modell zu haben, das es ihnen ermöglicht, das mechanische Konzept des Betriebs aus erster Hand zu sehen.
Wir verwenden die generative Fertigung auch für einige niedrigvolumige, hochkomplexe, nicht lasttragende Teile. Für diese Teile bietet uns die AM wettbewerbsfähige Kosten und kurze Vorlaufzeiten, die logistisch sehr attraktiv sind. In der Vergangenheit mussten diese Teile in mehreren Schritten hergestellt werden, manchmal mit Hilfe von Zulieferern außerhalb unseres Werks. Jetzt laden wir einfach das Volumenmodell des Bauteils hoch, wenden die Standardverfahren für unsere AM-Prozesseinstellungen an und kommen später wieder, wenn das Teil fertig ist. Das generativ gefertigte Bauteil kann manchmal direkt in den Bau gehen, ohne sekundäre Fertigungsschritte.
Wie wirkt sich die AM auf die Materialprüfung aus?
Menzuber: Es gibt eine Reihe von wichtigen Elementen. Erstens kann es eine Herausforderung sein, Standardprüfkörper aus generativ gefertigten Komponenten zu erhalten, sodass möglicherweise Untermaßprüfkörper oder eine andere Art von Test verwendet werden müssen. Wir sind ziemlich erfahren im Umgang mit diesen Variablen. Wir verfügen über eine große Auswahl an Lastrahmen und Befestigungsvorrichtungen, die es Ihnen ermöglichen, die richtige Kraft auf einen korrekt konfigurierten Prüfkörper aufzubringen, um die Eigenschaften zu beurteilen, die Ihnen wichtig sind. Wir sind uns auch der Tatsache bewusst, dass unterschiedliche Kunden an der Durchführung verschiedener Arten von Tests interessiert sind und Lösungen mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen und Preispunkten benötigen werden.
Zudem muss die Art der AM-Prozesse berücksichtigt werden und wie dies die Gleichmäßigkeit der Materialeigenschaften in einem Teil beeinflusst. Im Allgemeinen besteht die Haupteigenschaft von AM darin, dass man Schicht für Schicht direkt zu fertigen oder fast fertigen Teilen gelangt. Man macht keinen großen Block aus relativ gleichmäßigem Material und bearbeitet dann ein Teil daraus. Die schichtweise Natur der generativen Fertigung kann dazu führen, dass die Materialeigenschaften nicht unbedingt isotrop sind, d. h. sie sind je nach Richtung im Teil nicht einheitlich. Insbesondere die Eigenschaften senkrecht zu den generativen Schichten, meist als z-Richtung bezeichnet, sind von höchstem Interesse. Man sollte einige zusätzliche Tests einplanen, um sicherzustellen, dass man weiß, wie gleichmäßig das Material in den Teilen ist. Je nachdem, wie ausgereift das jeweilige AM-Verfahren ist, müssen möglicherweise auch Tests durchgeführt werden, um die Auswirkungen der verschiedenen Verarbeitungsparameter auf die mechanischen Eigenschaften zu verstehen, um den sicheren Verarbeitungsbereich für die Produktion besser zu kennen. Diese Prozesse können extrem komplex sein und zahlreiche Variablen umfassen.
Das Testen von sogenannten Witness Coupons ist besonders wertvoll als Teil eines generativen Fertigungsprozesses. Sie können einen kleinen Prüf-Coupon vor und nach einem komplizierten Build erstellen, um sicherzustellen, dass das System im Allgemeinen wie erwartet funktioniert. Wir haben eine Reihe von kleineren, preisgünstigen Systemen, die sich perfekt dafür eignen. Sie sind einfach zu bedienen und können direkt neben dem AM-System stehen, wenn Sie möchten. Diese Systeme können Ihnen eine sofortige Rückmeldung darüber geben, ob das System aus Sicht der mechanischen Eigenschaften gutes Material produziert oder nicht. Direkt aus Bauteilen geschnittene Coupons können einen direkteren Hinweis auf Prozessstabilität und Bauteilqualität geben.
Welche sind einige wichtige Überlegungen bei der Auswahl von Prüfgeräten für AM-Prüfkörper?
Shepard: Logischerweise versucht die Prüfgemeinschaft, bestehende Geräten und standardisierte Testmethoden so viel wie möglich zu nutzen. Leider hat das Material in einem generativ gefertigten Artikel aber möglicherweise keine einheitlichen Eigenschaften. In vielen Fällen kann man aus diesen gefertigten Komponenten einfach keine Standard-Prüfkörper herausholen. Das ist eine interessante Herausforderung für uns. Wir verfügen über umfangreiche Lastrahmentechnologien (servohydraulisch, elektromechanisch, elektrodynamisch) sowie Vorrichtungen (Spannzeuge, Dreipunktbiegung, Gabelköpfe, etc.), die es uns ermöglichen, auch untermaßstäbliche und ungewöhnliche Prüfkörper ohne übermäßige Schwierigkeiten zu bearbeiten. Wir verfügen auch über Lastrahmen, die gut für kleinere Tests ausgelegt sind, falls dies erforderlich ist.
Abhängig von der Art der erforderlichen Tests ist man mit verschiedenen Systemtypen am besten bedient. Am oberen Ende steht für ein Höchstmaß an Leistung und Flexibilität wahrscheinlich ein servohydraulisches System. Dies ist besonders gut für dynamische Tests wie Ermüdung und Bruch geeignet und kann problemlos auch eher routinemäßige Tests, z. B. Zugtests, durchführen. Manche Kunden haben vielleicht einfachere Anforderungen und müssen nur in der Lage sein, Zugtests durchzuführen. Für diese Kunden kann ein elektromechanisches System bereits ideal sein. Elektromechanische Systeme können recht erschwinglich sein und sind ideal für die Prüfung von Witness Coupons als Teil eines Produktionsprozesses.
Seit einigen Jahren gibt es auch eine andere Möglichkeit. Elektrodynamische Systeme bieten eine hohe Dynamik und benötigen keine Hydraulikpumpe. Diese Systeme sind besonders attraktiv, wenn Sie in einer besonders sauberen Umgebung arbeiten müssen oder neu im Prüfgeschäft sind und eine gewisse Dynamik benötigen, aber die Komplexität und die Kosten einer hydraulischen Installation vermeiden möchten.
Wie ist MTS in die Gemeinschaft der generativen Fertigung integriert?
Menzuber: Nun, erstens sind wir ein Anwender der Technologie und schauen in diesem Bereich auf langjährige Erfahrungen zurück; daher kennen wir die Vorteile und Herausforderungen, die mit AM-Methoden verbunden sind, aus erster Hand. Zweitens pflegen wir wirklich enge Beziehungen zu unseren Kunden. Jeder unserer Kunden integriert neue Materialien und Prozesse auf seine eigene Art in seine Produkte, und wir arbeiten eng mit ihnen zusammen, um sie dabei zu unterstützen. Das kann bedeuten, dass wir unsere Kunden bei der Entwicklung von Konstruktionsdaten, der Generierung von Parametern für ihre Materialmodelle, dem Testen von Versuchsmustern und sogar dem Testen von Komponenten und Systemen in Originalgröße unterstützen. Drittens engagieren wir uns bei den Normungsorganisationen, die Prüfstandards für die generative Fertigung entwickeln, insbesondere bei ASTM und ISO. Für MTS ist es wichtig, in diesen Organisationen mitzuwirken, damit wir die technische Gemeinschaft mit unserem Know-How unterstützen und die Bedürfnisse und Erfahrungen unserer Kunden einbringen können.
Was ist generative Fertigung bzw. Additive Manufacturing (AM) und was sind die Vorteile?
Shepard: Nun, ich kann der Technologie unmöglich mit einer kurzen Antwort gerecht werden, aber die generative Fertigung sorgt derzeit für eine Revolution in Design und Fertigung. Die Technologie ermöglicht es uns, Teile direkt aus einer festen Zeichnung heraus zu erstellen, wobei eine breite und wachsende Palette von Methoden für die generative Fertigung zum Einsatz kommt. Im besten Fall sind die Eigenschaften mit denen konventioneller Fertigungsverfahren vergleichbar. Die verschiedenen Techniken sind auf Metalle, Polymere und sogar Verbundwerkstoffe und Keramiken anwendbar. Allgemein gesprochen wird ein Teil direkt, also Schicht für Schicht, aufgebaut. Teile, die enge Toleranzen aufweisen oder belastbar sind, benötigen möglicherweise einige Nachbearbeitungsschritte oder eine Wärmebehandlung; aber in einigen Fällen können die Teile direkt aus dem additiven Fertigungssystem verwendet werden.
Diese Technologie weist zahlreiche Vorteile auf. Erstens erhalten Sie eine unglaubliche Freiheit bei der Gestaltung von Formen und Strukturen. Konstrukteure können Gewicht, Wärmeübertragung, Platzbedarf und andere Eigenschaften optimieren. Zweitens kann sie in Bezug auf den Materialeinsatz sehr effizient sein – man muss nicht einen großen Metallblock in Späne verwandeln, um ein kleines, kompliziertes Teil herzustellen. Aus diesem Grund wird die generative Fertigung als ein hervorragendes „Buy-to-Fly-Verhältnis“ beschrieben Das bedeutet, dass das meiste Material, das Sie kaufen, tatsächlich in die Komponente einfließt und nicht zu Spänen oder Schrott verarbeitet wird. Auch die Lieferkette kann dramatisch verkürzt werden. Mehrere Fertigungsschritte und Lieferanten können potenziell auf einen einzigen, wenn auch komplexen, Fertigungsprozess reduziert werden – an einem einzigen Standort. Die logistischen Vorteile in Form von kürzeren Durchlaufzeiten und konsolidierten Logistikketten liegen auf der Hand.
Welche Branchentrends treiben den Bedarf an AM voran, und welche Branchen sind führend in der Nutzung von AM?
Menzuber: Die meisten Unternehmen, die sich mit der generativen Fertigung bzw. AM beschäftigen, sind wirklich von der Möglichkeit angezogen, das Gewicht zu reduzieren und die Leistung auf verschiedene Weise zu erhöhen. Großes Interesse besteht auch an der Möglichkeit, eine Lieferkette zu vereinfachen und die Durchlaufzeiten zu verkürzen, indem die AM vor Ort anstelle mehrerer Produktionsschritte, möglicherweise an anderen Standorten, eingesetzt wird. Schließlich bietet die AM neue Effizienzmöglichkeiten für kleine bis mittelgroße Produktionsläufe, die eine wirtschaftlichere Anpassung bieten und die Produktentwicklungszeiten verkürzen können.
Technologien für die generative Fertigung können – wenn ausgereift – ziemlich disruptiv zu sein. Jeder zieht die generative Fertigung in Betracht; aber ich sehe das größte Potenzial und die meisten Investitionen in der Luft- und Raumfahrt und in biomedizinischen Anwendungen. Diese Industrien haben Anwendungen mit sehr hoher Wertschöpfung und geringen bis mittleren Stückzahlen. Anwendungen in diesen Branchen sind in der Regel hochgradig optimiert und ausgiebig getestet, sodass aufkommende Fertigungsverfahren wie die AM integriert werden können, da ihr Wertbeitrag klar ist. Anwendungen in der Automobilindustrie sind ebenfalls stark im Kommen, aber die Kostensensibilität in dieser Branche ist höher.
Was ist der Unterschied zwischen 3D-Druck und AM?
Shepard: Diese Begriffe werden immer noch häufig synonym verwendet, insbesondere in den Mainstream-Medien und im Verbrauchermarkt. Meiner Meinung nach werden generativ gefertigte Teile typischerweise in Endanwendungen eingesetzt. Da das Teil in einem Produkt verwendet werden soll, erfordert die AM einen robusten Prozess, der für eine Produktionsumgebung geeignet ist und mit angemessener Effizienz durchgeführt werden kann.
Bei einer Rapid-Prototyping-Anwendung würden die Teile im Allgemeinen keine nennenswerte Beanspruchung erfahren. Die Festigkeit ist möglicherweise nicht sonderlich hoch, und die Eigenschaften sind möglicherweise nicht gleichmäßig. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie diese Teile für eine praktische Anwendung verwenden, vor allem, wenn eine Last im Spiel ist. Der Druckvorgang selbst kann ziemlich langsam sein. Abgesehen davon kann ein schnell verfügbarer physischer Prototyp den Konstrukteuren wirklich helfen zu verstehen, wie ein Teil funktionieren und mit anderen Teilen interagieren wird. Diese gedruckten Prototypen sind auch äußerst hilfreich, um Mitarbeitern und Kunden Passform und Funktion zu demonstrieren. Ich betrachte diese 3D-gedruckten Prototypen als die nächste Stufe vor den Visualisierungen, die Sie mit 3D-CAD-Software erstellen können.
Nutzt MTS die generative Fertigung?
Shepard: Ja. MTS verfügt über eine langjährige Geschichte in der generativen Fertigung, die Mitte der 90er Jahre begann. Wir waren dem Markt ein wenig voraus, aber in Zusammenarbeit mit einer Reihe von Partnern konnten wir unseren lasergeführten generativen Fertigungsprozess (LAM-Prozess) so weit verfeinern, dass wir erfolgreich Teile aus Ti-6Al-4V in Luft- und Raumfahrtqualität herstellen konnten. Einige dieser Teile fliegen vielleicht noch mit einer F-15s. Diese Erfahrung gab uns einen enormen Einblick in die Qualifizierung eines generativen Fertigungsprozesses und der daraus entstehenden Teile, und insbesondere in die mechanischen Prüfaspekte.
In jüngster Zeit sind wir von den Designmöglichkeiten und der Effizienz der generativen Fertigung aus den gleichen Gründen begeistert, aus denen sich unsere Kunden für diese Technologie interessieren. Wir haben ein hauseigenes AM-System, das wir für Rapid Prototyping und einige Produktionsteile verwenden. Wenn wir kundenspezifische Systeme entwickeln, nutzen wir Rapid Prototyping als Teil unseres F&E-Prozesses. 3D-CAD ist fantastisch, und wir nutzen es ausgiebig; aber nichts geht über die Möglichkeit, die Teile in der Hand zu halten und zu sehen, wie sie zusammenpassen und funktionieren. Auch unsere Kunden wissen das zu schätzen. Wenn wir ein neues, einzigartiges System für sie entwerfen, ist es wirklich hilfreich, ein vollständiges oder untermaßstäbliches Modell zu haben, das es ihnen ermöglicht, das mechanische Konzept des Betriebs aus erster Hand zu sehen.
Wir verwenden die generative Fertigung auch für einige niedrigvolumige, hochkomplexe, nicht lasttragende Teile. Für diese Teile bietet uns die AM wettbewerbsfähige Kosten und kurze Vorlaufzeiten, die logistisch sehr attraktiv sind. In der Vergangenheit mussten diese Teile in mehreren Schritten hergestellt werden, manchmal mit Hilfe von Zulieferern außerhalb unseres Werks. Jetzt laden wir einfach das Volumenmodell des Bauteils hoch, wenden die Standardverfahren für unsere AM-Prozesseinstellungen an und kommen später wieder, wenn das Teil fertig ist. Das generativ gefertigte Bauteil kann manchmal direkt in den Bau gehen, ohne sekundäre Fertigungsschritte.
Wie wirkt sich die AM auf die Materialprüfung aus?
Menzuber: Es gibt eine Reihe von wichtigen Elementen. Erstens kann es eine Herausforderung sein, Standardprüfkörper aus generativ gefertigten Komponenten zu erhalten, sodass möglicherweise Untermaßprüfkörper oder eine andere Art von Test verwendet werden müssen. Wir sind ziemlich erfahren im Umgang mit diesen Variablen. Wir verfügen über eine große Auswahl an Lastrahmen und Befestigungsvorrichtungen, die es Ihnen ermöglichen, die richtige Kraft auf einen korrekt konfigurierten Prüfkörper aufzubringen, um die Eigenschaften zu beurteilen, die Ihnen wichtig sind. Wir sind uns auch der Tatsache bewusst, dass unterschiedliche Kunden an der Durchführung verschiedener Arten von Tests interessiert sind und Lösungen mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen und Preispunkten benötigen werden.
Zudem muss die Art der AM-Prozesse berücksichtigt werden und wie dies die Gleichmäßigkeit der Materialeigenschaften in einem Teil beeinflusst. Im Allgemeinen besteht die Haupteigenschaft von AM darin, dass man Schicht für Schicht direkt zu fertigen oder fast fertigen Teilen gelangt. Man macht keinen großen Block aus relativ gleichmäßigem Material und bearbeitet dann ein Teil daraus. Die schichtweise Natur der generativen Fertigung kann dazu führen, dass die Materialeigenschaften nicht unbedingt isotrop sind, d. h. sie sind je nach Richtung im Teil nicht einheitlich. Insbesondere die Eigenschaften senkrecht zu den generativen Schichten, meist als z-Richtung bezeichnet, sind von höchstem Interesse. Man sollte einige zusätzliche Tests einplanen, um sicherzustellen, dass man weiß, wie gleichmäßig das Material in den Teilen ist. Je nachdem, wie ausgereift das jeweilige AM-Verfahren ist, müssen möglicherweise auch Tests durchgeführt werden, um die Auswirkungen der verschiedenen Verarbeitungsparameter auf die mechanischen Eigenschaften zu verstehen, um den sicheren Verarbeitungsbereich für die Produktion besser zu kennen. Diese Prozesse können extrem komplex sein und zahlreiche Variablen umfassen.
Das Testen von sogenannten Witness Coupons ist besonders wertvoll als Teil eines generativen Fertigungsprozesses. Sie können einen kleinen Prüf-Coupon vor und nach einem komplizierten Build erstellen, um sicherzustellen, dass das System im Allgemeinen wie erwartet funktioniert. Wir haben eine Reihe von kleineren, preisgünstigen Systemen, die sich perfekt dafür eignen. Sie sind einfach zu bedienen und können direkt neben dem AM-System stehen, wenn Sie möchten. Diese Systeme können Ihnen eine sofortige Rückmeldung darüber geben, ob das System aus Sicht der mechanischen Eigenschaften gutes Material produziert oder nicht. Direkt aus Bauteilen geschnittene Coupons können einen direkteren Hinweis auf Prozessstabilität und Bauteilqualität geben.
Welche sind einige wichtige Überlegungen bei der Auswahl von Prüfgeräten für AM-Prüfkörper?
Shepard: Logischerweise versucht die Prüfgemeinschaft, bestehende Geräten und standardisierte Testmethoden so viel wie möglich zu nutzen. Leider hat das Material in einem generativ gefertigten Artikel aber möglicherweise keine einheitlichen Eigenschaften. In vielen Fällen kann man aus diesen gefertigten Komponenten einfach keine Standard-Prüfkörper herausholen. Das ist eine interessante Herausforderung für uns. Wir verfügen über umfangreiche Lastrahmentechnologien (servohydraulisch, elektromechanisch, elektrodynamisch) sowie Vorrichtungen (Spannzeuge, Dreipunktbiegung, Gabelköpfe, etc.), die es uns ermöglichen, auch untermaßstäbliche und ungewöhnliche Prüfkörper ohne übermäßige Schwierigkeiten zu bearbeiten. Wir verfügen auch über Lastrahmen, die gut für kleinere Tests ausgelegt sind, falls dies erforderlich ist.
Abhängig von der Art der erforderlichen Tests ist man mit verschiedenen Systemtypen am besten bedient. Am oberen Ende steht für ein Höchstmaß an Leistung und Flexibilität wahrscheinlich ein servohydraulisches System. Dies ist besonders gut für dynamische Tests wie Ermüdung und Bruch geeignet und kann problemlos auch eher routinemäßige Tests, z. B. Zugtests, durchführen. Manche Kunden haben vielleicht einfachere Anforderungen und müssen nur in der Lage sein, Zugtests durchzuführen. Für diese Kunden kann ein elektromechanisches System bereits ideal sein. Elektromechanische Systeme können recht erschwinglich sein und sind ideal für die Prüfung von Witness Coupons als Teil eines Produktionsprozesses.
Seit einigen Jahren gibt es auch eine andere Möglichkeit. Elektrodynamische Systeme bieten eine hohe Dynamik und benötigen keine Hydraulikpumpe. Diese Systeme sind besonders attraktiv, wenn Sie in einer besonders sauberen Umgebung arbeiten müssen oder neu im Prüfgeschäft sind und eine gewisse Dynamik benötigen, aber die Komplexität und die Kosten einer hydraulischen Installation vermeiden möchten.
Wie ist MTS in die Gemeinschaft der generativen Fertigung integriert?
Menzuber: Nun, erstens sind wir ein Anwender der Technologie und schauen in diesem Bereich auf langjährige Erfahrungen zurück; daher kennen wir die Vorteile und Herausforderungen, die mit AM-Methoden verbunden sind, aus erster Hand. Zweitens pflegen wir wirklich enge Beziehungen zu unseren Kunden. Jeder unserer Kunden integriert neue Materialien und Prozesse auf seine eigene Art in seine Produkte, und wir arbeiten eng mit ihnen zusammen, um sie dabei zu unterstützen. Das kann bedeuten, dass wir unsere Kunden bei der Entwicklung von Konstruktionsdaten, der Generierung von Parametern für ihre Materialmodelle, dem Testen von Versuchsmustern und sogar dem Testen von Komponenten und Systemen in Originalgröße unterstützen. Drittens engagieren wir uns bei den Normungsorganisationen, die Prüfstandards für die generative Fertigung entwickeln, insbesondere bei ASTM und ISO. Für MTS ist es wichtig, in diesen Organisationen mitzuwirken, damit wir die technische Gemeinschaft mit unserem Know-How unterstützen und die Bedürfnisse und Erfahrungen unserer Kunden einbringen können.
