High-Speed-Thermografie in der Additiven Fertigung

In der additiven Fertigung hängt die Qualität des endgültigen Produktes maßgeblich von der Temperatur ab. Wärmebildkameras erfassen in Echtzeit Temperaturentwicklungen und Abweichungen und ermöglichen ein schnelles Eingreifen in den laufenden Prozess.

Kontrollierte Prozesssteuerung und Qualitätssicherung

In der additiven Fertigung – auch bekannt als 3D-Druck – wird Material Schicht für Schicht aufgetragen, um dreidimensionale Gegenstände herzustellen. Gleichzeitig finden chemische und physikalische Härtungs- und Schmelzprozesse statt, bei denen die Temperatur eine entscheidende Rolle spielt. Wärmebildkameras unterstützen bei der systematischen Überwachung des gesamten Herstellungs- und Bearbeitungsprozesses.

Zahlreiche dieser additiven Fertigungsverfahren basieren auf Lasertechnologien wie Laserschmelzen, -sintern oder -auftragsschweißen. Andere Verfahren wie Binder Jetting werden durch einen Sinterdurchgang abgeschlossen, um das Material vollständig auszuhärten. Auch beim thermischen Spritzen spielt die Temperatur für das Erreichen der bestmöglichen Oberflächenhärte und optimale Antihafteigenschaften eine entscheidende Rolle. Um bei diesen Verfahren thermische Auffälligkeiten zu lokalisieren und detailliert abzubilden, unterstützen Thermografiekameras von InfraTec die Ermittlung und nachfolgende Einhaltung thermischer Prozessparameter durch In-Line-Überwachung. So können Wärmebildkameras beispielsweise direkt in einer Fertigungsmaschine integriert werden und ermöglichen dadurch eine berührungslose und rückwirkungsfreie Temperaturmessung.

Relevant sind dabei meist die Erfassung der Temperaturverteilung der Pulverbettoberfläche sowie die Messung von Schmelztemperaturen. Beides ist realisierbar für Temperaturbereiche bis über 2.000 °C und während der Laser arbeitet (in situ Messung).

Die genaue Überwachung von Maschinen, Verarbeitungsanlagen, Materialien und Temperaturen während der Fertigung und Verarbeitung von additiven Teilen ist sowohl in der Industrie als auch in der Forschung von elementarer Bedeutung. Die Abbildung der Wärmeflüsse in Bauteilen schafft ein vollständiges Prozessverständnis und erlaubt die präzise Kontrolle der Temperaturentwicklung der zu verarbeitenden Materialien sowie eine exakte thermische Steuerung des Prozesses. Fehler in der Produktion werden somit frühzeitig erkannt, Ausschuss aktiv vermieden und Rückläufer minimiert.

Außerdem können dadurch Prozess- und Taktzeiten deutlich optimiert und Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und (Schmelz-)Temperaturen abgeleitet werden.

Anforderungen an Wärmebildkameras in der Additiven Fertigung mit Lasern

Die eingesetzten Wärmebildkameras müssen aufgrund der Charakteristika von Lasern in der additiven Fertigung spezifischen Anforderungen entsprechen. Dies gilt zum Beispiel mit Blick auf das zeitliche Auflösungsvermögen.

Typisch für die Arbeit mit einem Laser sind kurze Laserwirkungszeiten, bei denen Wärmeeinträge innerhalb von Sekundenbruchteilen stattfinden. Dies erfordert das Messen mit hohen Bildfrequenzen in Voll- und Teilbild. Besonders in der Mikromaterialbearbeitung mit gepulstem Laserlicht sind die Anforderungen an Thermografiesysteme sehr hoch. Geeignet für diese Anwendung ist beispielsweise die ImageIR® 8300 hs, da sie mit einem Bildformat von (640 × 512) IR-Pixeln und der hohen Bildfrequenz von 1.004 Hz Hochgeschwindigkeitsprozesse abbilden kann.

Eine ebenso große Bedeutung kommt der thermischen und geometrischen Auflösung der Wärmebildkameras zu. Je nach Verfahren und Material können mittels Laser sehr große als auch sehr kleine Temperaturunterschiede erzeugt werden, welche durchgehend und sehr präzise überwacht werden müssen. Hier bietet InfraTec verschiedene Funktionen der Kameras, wie z. B. HighSense-Mode, HDR-Funktion, HighSpeed-Mode und geometrische Auflösungen im HD-Bereich.

InfraTec - Additive manufacturing for process control
  • InfraTec-icon-detektor-1920x1536
    Detektorformat

    Thermografiebilder mit hoher Auflösung für die Temperaturmessung

  • InfraTec Icon 15 mK
    Thermische Auflösung

    Präzises Erkennen geringster Temperaturunterschiede

  • InfraTec Icon 105.000 Hz
    IR-Bildfrequenz

    Analyse sehr schneller Temperaturänderungen und dynamischer Prozesse

  • InfraTec-icon-10-gige
    10 GigE-Schnittstelle

    Schnelle Übertragung und Speicherung größter Mengen von Messdaten auf einen Computer

  • InfraTec-icon-ip67
    Schutzgrad

    Konstant hervorragende optische und messtechnische Leistung selbst in rauen industriellen Umgebungen

Vorteile der Thermografie-Lösung in dieser Anwendung

  • Mehr über die HDR-Funktion erfahren

    HDR – Große Temperaturbereiche gleichzeitig abbilden

    Die Funktion High Dynamic Range (HDR) der Wärmebildkamera-Serie ImageIR® ermöglicht das kontinuierliche Aufnehmen von Messszenarien, die extrem voneinander abweichende Temperaturen aufweisen. Im HDR-Modus werden mehrere Thermogramme mit verschiedenen Integrationszeiten und verschiedenen Filtern schnell aufeinanderfolgend erstellt und zu einem Gesamtbild mit hohem Dynamikumfang zusammengesetzt. Der Messbereich kann dabei eine Spanne von bis zu 1.500 K umfassen. Nutzer erhalten kontrastreiche Bilder und Sequenzen in einem breiten Temperaturbereich, die eine hohe Messgenauigkeit auszeichnet.

  • HighSense for thermographic camera series ImageIR®
    Mehr über HighSense erfahren

    HighSense – Immer die optimale Kameraeinstellung

    Dank HighSense haben ImageIR®-Anwender die Möglichkeit, auf Basis der Werkskalibrierung individuelle Messbereiche einzustellen, die optimal zur jeweiligen Aufgabenstellung passen. Per Software lässt eine große Anzahl solcher Bereiche übersichtlich speichern. Individuell benannt und dauerhaft gespeichert, kann der Bediener schnell darauf zugreifen. Gleiches gilt für das Ändern, Umbenennen und Löschen von Profilen. HighSense ist für verschiedene Kameramodelle der ImageIR®-Serie erhältlich. Diese Funktion kann optional zu bereits ausgelieferten Systemen hinzugefügt werden.

  • Thermografie-Kameraserie ImageIR® mit neuer 10 GigE-Schnittstelle
    Erfahren Sie mehr über die 10 GigE-Technologie

    10 GigE-Schnittstelle für ein kräftiges Plus an Leistung

    Die 10 Gigabit Ethernet-Schnittstelle der High-End-Kameraserie ImageIR® erschließt diesen extrem schnellen Übertragungsstandard mit einer eigens dafür bei InfraTec entwickelten Netzwerkkarte. Diese arbeitet mit einsteckbaren, modularen, optischen oder elektrischen Transceiver-Modulen, die leicht wechselbar sind und als SFP+ bezeichnet werden.

    Je nach Ausführung des eingesetzten 10 GigE Glasfaser-SFP+ können Übertragungsreichweiten bis zu zehn Kilometer erreicht werden. Der Datentransfer ist dabei völlig unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen. Ein entsprechender Standard-SFP gewährleistet die Abwärtskompatibilität zur herkömmlichen GigE-Schnittstelle und somit die problemlose Nutzung der Kameras mit der neuen 10 Gigabit Ethernet-Schnittstelle auch in bestehenden Systemen – natürlich bei verringerter Übertragungsgeschwindigkeit.

  • InfraTec glossary - Rotating filter- und aperture wheel
    Erfahren Sie mehr über das separate Filter- & Blendenrad

    Separates Filter- & Blendenrad – Spektrale Thermografie

    Die Kombination aus je einem separaten Filter- und Blendenrad mit bis zu sechs freien Positionen (30 Kombinationen) ist Voraussetzung für den universellen Einsatz bei Messaufgaben mit hohen Objekttemperaturen und im Bereich der spektralen Thermografie. Durch die zur Signalabschwächung genutzten Neutraldichtefilter oder die Kombination von Spektralfiltern und Blenden werden Störeffekte sicher vermieden.

  • Thermal image during ignition of an airbag Image Small

    Fenstermodus (Subwindowing) – Erfassung schneller Sequenzen

    Die Wärmebildkamera kann im Voll-, Halb-, Viertelbild- und Linien-Modus betrieben werden. Über die Kamera- Steuersoftware besteht die Möglichkeit, die erweiterte Subwindowing-Funktion zu nutzen. Mittels Click-and- Drag können so frei definierbare Teilbildformate schnell und komfortabel eingerichtet werden. Zur Erreichung dieser sehr hohen Bildwiederholraten wird jeweils ein definierter Teilbereich des Detektors ausgelesen.

  • InfraTec thermography - Geometrical Resolution

    Geome­tri­sche Auflö­sung – Effi­zient komplexe Baugruppen analy­sieren

    Wärmebildkameras von InfraTec mit gekühlten und ungekühlten Detektoren verfügen über native Auflösungen von bis zu (1.920 × 1.536) IR-Pixeln. Räumlich hochaufgelöste Thermogramme stellen sicher, dass Komponenten und Baugruppen bis ins kleinste Detail abgebildet sind und dadurch Fehler sicher erkannt und präzise lokalisiert werden können.

  • Integriertes Trigger- / Prozessinterface und Schnittstellen – Wärmebildkamera und externe Geräte digital steuern

    Das interne Triggerinterface garantiert eine hochpräzise, wiederholgenaue Triggerung. Jeweils zwei konfigurierbare digitale Ein- und Ausgänge dienen zum Steuern der Kamera oder zur Erzeugung von digitalen Steuersignalen für externe Geräte. Auf diese Art und Weise lassen sich beispielsweise der Betrieb einer Leiterplatte und der Takt einer Messung synchron aufeinander abstimmen.

    Die Auswahl verschiedener Kameraschnittstellen erlaubt das Verarbeiten analoger Daten, wie z. B. der Spannung direkt durch die Kamera und damit das Einfügen dieser Informationen in die thermografischen Bilddaten. In den Auswertungen mit der Software können relevante Größen einbezogen werden, was das Ziehen von Rückschlüssen auf die Ursachen von Temperaturänderungen erleichtert.

Thermische Auffälligkeiten zuverlässig lokalisieren und detailliert abbilden

Durch In-Line-Überwachung thermischer Prozessparameter unterstützen Thermografiekameras von InfraTec die Optimierung additiver Fertigungsverfahren.

  • Berührungslose und rückwirkungsfreie Temperaturmessung
  • Abbildung von Wärmeflüssen in Bauteilen zur Gewinnung eines vollständigen Prozessverständnisses
  • Präzise Kontrolle des Aufheizens und Abkühlens der zu verarbeitenden Materialien
  • Überwachung definierter Energieeinträge und Reduzierung der thermischen Belastung
  • Exakte thermische Steuerung des Prozesses dank High- Speed-Datenerfassung, hoher geometrischer Auflösung und verzögerungsfreier Triggerung
  • Lückenlose Erfassung, Dokumentation und Auswertung von Temperaturverteilungen zur Ermittlung des optimalen Energieeintrags durch den Laser
InfraTec - Additive manufacturing for process control

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Schweiz

InfraTec GmbH
Infrarotsensorik und Messtechnik
Gostritzer Str. 61 – 63
01217 DresdenDEUTSCHLAND

Leistungen von InfraTec im Überblick

  • Gekühlte und ungekühlte High-End-Thermografiekameras zur Lösung komplexer Aufgabenstellungen
  • Verschiedene Detektorformate mit bis zu (1.920 × 1.536) IR-Pixeln und großen Temperaturmessbereichen
  • Modulares Design zur optimalen Anpassung an die Messund Prüfsituation (OEM-Lösungen)
  • Vollständiges Sortiment an Präzisions-Wechseloptiken mit erstklassiger Übertragungsgüte
  • Komplettlösungen inkl. Zubehör und Software für den F&E-Bereich und zur Prozesskontrolle
  • Erstklassiger Service sichert hohe Systemverfügbarkeit
  • Innovative Messtechnik mit über 25 Jahren Kompetenz

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Wärmebildkamera für die additive Fertigung

  • Wärmebildkamera ImageIR® 6300 Z Serie von InfraTec
    ImageIR® 6300 Z

    ImageIR® 6300 Z

    Kategorie

    Zoom-Wärmebildkameras

    Bildformat (IR-Pixel)

    (640 x 512) IR-Pixel

    Detektortyp
    XBn
    Bildfeldrechner
    Neu
  • Wärmebildkamera ImageIR® 8300 hs Serie von InfraTec
    ImageIR® 8300 hs

    ImageIR® 8300 hs

    Kategorie

    High-End-Thermografiesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (640 x 512) IR-Pixel

    Detektortyp
    T2SLS oder InSb
    Bildfeldrechner
    Neu
  • ImageIR® 10300

    ImageIR® 10300

    Kategorie

    High-End-Thermografiesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (1.920 × 1.536) IR-Pixel

    Detektortyp
    InSb
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera ImageIR® 9400 hp Serie von InfraTec
    ImageIR® 9400 hp

    ImageIR® 9400 hp

    Kategorie

    High-End-Thermografiesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.560 × 2.048) IR-Pixel

    Detektortyp
    InSb
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera VarioCAM® HD head von InfraTec
    VarioCAM® HD head 900

    VarioCAM® HD head 900

    Kategorie

    Stationäre Industriesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.048 × 1.536) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera VarioCAM® High Definition von InfraTec
    VarioCAM® HD inspect 900

    VarioCAM® HD inspect 900

    Kategorie

    Profi- und Universalkameras

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.048 × 1.536) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera VarioCAM® High Definition von InfraTec
    VarioCAM® HD research 900

    VarioCAM® HD research 900

    Kategorie

    Profi- und Universalkameras

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.048 × 1.536) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
  • Radiometrisches IR-Kameramodul PIR uc 605, InfraTec
    PIR uc 605

    PIR uc 605

    Kategorie

    Stationäre Industriesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (640 × 480) IR-Pixel

    Detektortyp
    Ungekühltes Mikrobolometer Focal Plane Array
    Bildfeldrechner
  • Wärmebildkamera ImageIR® 9500 von InfraTec
    ImageIR® 9500

    ImageIR® 9500

    Kategorie

    High-End-Thermografiesysteme

    Bildformat (IR-Pixel)

    (2.560 × 1.440) IR-Pixel

    Detektortyp
    MCT
    Bildfeldrechner

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  • InfraTec Thermografie für Laseranwendungen - Bildnachweis: © istock-kynny
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  • Thermografie in der Metallindustrie
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  • Thermografie in der Kunststoffindustrie
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  • Mikrothermografie
    Mikrothermografie

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    Die Mikrothermografie ermöglicht die thermische Analyse feinster Strukturen im µm-Bereich und somit eine detaillierte Darstellung der Temperaturverteilung auf komplexen elektronischen Baugruppen und Komponenten.