Der sensorgestützte 3D-Druckkopf des Labors für Fertigungssysteme der TH Köln misst vordefinierte Parameter des Filaments. Treten Abweichungen auf, leitet das System automatisch eine Prozessoptimierung ein.

Der sensorgestützte 3D-Druckkopf des Labors für Fertigungssysteme der TH Köln misst vordefinierte Parameter des Filaments. Treten Abweichungen auf, leitet das System automatisch eine Prozessoptimierung ein. TH Köln

„Marktübliche 3D-Druckanlagen haben nur eine rudimentäre Prozessüberwachung, wie etwa die Temperaturregelung des Heizelements“, erläutert Tilmann Spitz vom Labor für Fertigungssysteme an der Technischen Hochschule Köln. „Qualitätsschwankungen beim Rohmaterial können deshalb nicht ausgeglichen werden und sorgen sofort für Fehler in den Bauteilen. Das gewünschte Druckergebnis ist nicht zuverlässig reproduzierbar, weshalb eine Serienfertigung nur möglich ist, wenn man einen sehr hohen Ausschuss akzeptiert.“ Das Labor hat deshalb einen intelligenten Druckkopf entwickelt, der die Eigenschaften des Kunststoff-Filaments überwacht. Wenn bei den untersuchten Parametern wie Vorschubgeschwindigkeit, Förderwiderstand oder Filament-Querschnitt Abweichungen auftreten, leitet das System automatisch eine Prozessoptimierung ein oder löst bei schweren Fehlern einen Produktionsstopp aus. Weil sich der Druckkopf selbst kalibriert, ist die komplexe und fehleranfällige Einstellung durch den Bediener nicht nötig. Der Extruder passt somit den Prozess an die Spezifikationen des jeweiligen Filaments an. Dadurch können Druckmaterialien (Filamente) verschiedenster Hersteller in hoher Qualität verarbeitet werden.

„Unser Druckkopf ist ein kostengünstiger Nachrüstsatz, der auf alle marktüblichen Industrieroboter installiert werden kann“, erklärt Laborleiter Prof. Dr. Ulf Müller. So ist die additive Fertigung mit vorhandenen Maschinen möglich und es muss keine teure Komplettanlage beschafft werden. Der mechanische Aufbau, die Programmierung und die Algorithmen sind seit dem Bau eines ersten Demonstrators 2018 so weit optimiert, sodass das System „nahe an der Marktreife ist“, sagt Müller.