Additive Fertigung: Warum ist ZfP so wichtig?
Additiv gefertigte Bauteile werden schichtweise aufgebaut — jede Schicht ist eine potenzielle Schwachstelle. Fehler aus einer frühen Schicht können durch später aufgebrachte Lagen überdeckt werden und sind dann nur noch durch volumetrische Prüfung erreichbar.
Wichtige AM-Verfahren und ihre typischen Fehler
| Verfahren | Werkstoff | Typische Fehler |
|---|---|---|
| SLM / LPBF (Laser Powder Bed Fusion) | Stahl, Titan, Nickel, Al | Gasporosität, Lack-of-Fusion, Risse, Verzug |
| EBM (Electron Beam Melting) | Titan, Nickel | Porosität, Pilling (Pulverauswurf) |
| DED / WAAM (Wire Arc AM) | Stahl, Al, Ti | Poren, Einschlüsse, Schweißeigenspannungen |
| FDM / FFF (Filament) | Kunststoffe | Lagenablösung, Poren, Anisotropie |
| SLA / DLP (Harz) | Photopolymere | Unvollständige Aushärtung, Oberflächenrisse |
Lack of Fusion (LoF)
Der häufigste und gefährlichste Fehler bei pulverbettbasierten Verfahren. Entsteht wenn der Laserstrahl die vorherige Schicht nicht vollständig aufschmilzt. LoF-Defekte sind flach und plattenförmig — für RT schwer nachweisbar wenn parallel zum Strahl, für UT als Echoerhöhung erkennbar. CT zeigt LoF am deutlichsten.
ZfP-Methoden für AM-Bauteile
Industrielle CT — Goldstandard
3D-Rekonstruktion zeigt Poren, LoF und Risse in Lage und Größe. Quantifizierung nach VDI/VDE 2630. Einschränkung: maximale Bauteilgröße, Kosten, metallische Inserts streuen Strahlung. Normierung: ASTM E3166 (CT für AM), ISO/ASTM 52941 in Entwicklung.
Ultraschall
Raue Oberflächen (typisch für AM, Ra = 10–50 µm) erfordern Schleifvorbereitung oder Immersionsprüfung. Hochfrequenz-PAUT zeigt volumetrische Fehler. Phased Array + TOFD bei WAAM-Schweißnähten.
Durchstrahlungsprüfung (RT)
Für einfache Geometrien: digitale Radiographie (DR) zeigt Poren und Einschlüsse. Limitation: flache LoF-Fehler bei günstiger Orientierung zum Strahl unsichtbar.
In-situ Überwachung
Moderne AM-Maschinen integrieren Kamerasysteme (meltpool monitoring), Thermographie oder akustische Emission direkt in den Bauprozess. Noch nicht normiert, aber in Erprobung (z. B. NIST-Studien).
Normenlage
- ISO/ASTM 52900: Terminologie der additiven Fertigung
- ASTM F3049: Charakterisierung von Metallpulvern
- DIN EN ISO 17296: ZfP für AM (in Entwicklung)
- NASA-STD-6030 (für Luft- und Raumfahrt)