Neue Fortschritte in der Röntgen-Computertomographie für Werkstoffprüfungen komplexer Fertigungsteile
Bei der Fertigung komplexer Bauteile mit modernen Technologien sind interne Strukturen mitunter nicht zugänglich, sodass keine zerstörungsfreie Qualitätskontrolle möglich ist. Insbesondere bei Produkten mit hohem Mehrwert ist dies problematisch, da der Kunde dennoch Zuverlässigkeit und zertifizierte Qualität erwartet. Lösungen kann hier die Computertomographie (CT) bieten, da sie interne Strukturen sichtbar macht und zudem dimensionelle Messtechnik und Materialanalyse kombiniert. Allerdings hat die Technologie ihre Grenzen. Das EU-finanzierte Projekt INTERAQCT entwickelte eine interdisziplinäre Forschungsumgebung, um Arbeitsabläufe industrieller Röntgen-CTs zu optimieren. U.a. widmeten sich die 15 Forscher Verifizierungsverfahren für die Akzeptanzprüfung neuer CT-Geräte, optimierten eine Methode zur Fehlerkorrektur bei CT-Systemen (u.a. Software-Kompensation zur Reduzierung von Messfehlern) und arbeiteten auf eine CT-gestützte Minimierung von Porosität bei 3D-gedruckten Fertigungsteilen hin. Zerstörungsfreie Tests auch für komplexe Bauteile Die Vorteile innovativer Methoden liegen bei der Fertigung von Komponenten mit hohem Mehrzuwachs auf der Hand: hervorragende individuelle Anpassung (etwa bei Implantaten) und geringes Gewicht (Luft- und Raumfahrtindustrie) sowie niedrigere Kosten und höhere Effizienz. Am Beispiel des 3D-Drucks betont Prof. Wim Dewulf, Projektkoordinator bei INTERAQCT: "Bei vielen Bauteilen gewährleisten komplexe innere Strukturen Stabilität und Widerstandsfähigkeit bei leichterem Gewicht. Da herkömmliche Qualitätsprüfgeräte ungeeignet sind, ist eine zerstörende Werkstoffprüfung unerlässlich. Und danach muss der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt werden, ohne dass die Qualität schlechter wird." Mittels Computertomographie (CT) werden von einem Objekt aus verschiedenen Perspektiven Röntgenbilder und daraus wiederum ein 3D-Modell erstellt. Mit Röntgenstrahlung können Hersteller auch das Innere des Objekts rekonstruieren. Den Zusammenhang erklärt Professor Dewulf wie folgt: "Röntgen-CT bietet eine Unmenge an Möglichkeiten für die zerstörungsfreie Qualitätskontrolle. So lassen sich die Maße komplexer innerer Strukturen wie auch die korrekte Ausrichtung der Fasern in einem Verbundstoff und schließlich interne Materialdefekte wie Risse und Poren genau bestimmen. Inzwischen ist dies sogar gleichzeitig möglich." Für den CT-Workflow zur Verbesserung der Effizienz von CT-Geräten, CT-Software, zerstörungsfreien Prüfungen, dimensionellen Messtechniken, additiver Fertigung, Mikrofertigung und Fertigung von Verbundwerkstoffen arbeitete ein qualifiziertes interdisziplinäres Team zusammen. Die beteiligten Forscher brachten ein breites Spektrum an Fachwissen aus den Bereichen Physik, dimensioneller Messtechnik, Materialwissenschaften, Feinmechanik und Fertigungstechnik ein, die sie in der europäischen Industrie, Hochschullandschaft und nationalen Metrologieinstituten erworben haben. Unterstützung treibender Kräfte in der europäischen Wirtschaft Trotz des Aufschwungs der europäischen Industrie in den letzten Jahren wird Massenproduktion zunehmend in Billiglohnländer ausgelagert. Um die Wettbewerbsfähigkeit zu sichern und zu verbessern, verlagert sich der Fokus weg von einem kostenbasierten Wettbewerbsvorteil hin zu nachfrageorientierten, maßgeschneiderten und hochqualitativen Produkten. Voraussetzung dafür sind innovative Herstellungstechnologien, deren Umsetzung allerdings von entsprechenden Qualitätssicherungstechniken abhängt. Prof. Dewulf erläutert: "Dies bleibt eine große Herausforderung, da die Qualität von internen Strukturen und Eigenschaften abhängt, die sich mit herkömmlichen Verfahren nicht untersuchen lassen. Mit der Optimierung Röntgen-CT-gestützter Qualitätsprüfungen stärkte INTERAQCT die Attraktivität neuer Fertigungsmethoden für die Industrie." Trotz Verbesserungen bei hochwertigen CT-Scans werden diese aber immer noch weitgehend offline durchgeführt, und neue Geometrien können nur von qualifiziertem Fachpersonal eingearbeitet werden. Das INTERAQCT-Team arbeitet derzeit daran, CT für industrielle Anwendungen schneller, autonomer, robuster und vollständig integrierbar zu machen. Professor Dewulf folgert: "Unser Ziel ist, CT so in die Fertigungsumgebung zu integrieren, dass eine 100 %ige Qualitätskontrolle aller gefertigten Teile möglich ist und alle CT-Daten zur automatischen Anpassung und Optimierung des Produktionsprozesses genutzt werden."
Schlüsselbegriffe
INTERAQCT, Computertomographie, Röntgen, Fertigteile, 3D-Druck, Verbundwerkstoffe, Verbundmaterial, Qualitätskontrolle, zerstörungsfrei, dimensionelle Messtechnik, Materialanalyse