Erfassung der Schmelzbadfläche mit Korrektur der Perspektive zur Prozessregelung eines Wire and Arc Additive Manufacturing

Abstract

Zusammenfassung Die additive Fertigung ermöglicht eine flexible Herstellung von Kleinserien oder komplexen Bauteilen. Die Vorteile dieses Verfahren liegen vor allem in der hohen Flexibilität und der Möglichkeit, anspruchsvolle Geometrien zu fertigen. Unter dem Schlagwort 3D-Druck werden dabei verschiedene Verfahren zusammengefasst, die auf Basis eines CAD-Modells lagenweise das Bauteil erzeugen. „Wire and Arc Additive Manufacturing“ (WAAM) nutzt einen Lichtbogenschweißprozess, um das Material schichtweise aufzutragen. Dies ermöglicht höhere Auftragsraten im Vergleich zu pulverbett- und laserbasierten, additiven Fertigungsverfahren bei gleichzeitig geringeren Investitionskosten. Die Wahl der Prozesseinstellgrößen erfolgt größtenteils heuristisch, die mangelnde Wiederholbarkeit verhindert aktuell eine breite Anwendung des WAAM-Verfahrens. Die Verwendung eines geschlossenen Regelkreises bietet die Möglichkeit, auftretende Prozessstörungen direkt auszuregeln und die Wiederholbarkeit zu gewährleisten. Der geschlossene Regelkreis erfordert die Erfassung des Prozesses mit geringer Latenz. In diesem Beitrag stellen wir die Echtzeitmessung der Schmelzbadfläche auf Basis eines selbst entwickelten Quotientenpyrometers, welches das Licht vom Lichtbogen ausblendet, beim Metall-Aktivgasschweißen (MAG) mit Stahl vor. Durch die Echtzeiterfassung kann das Signal für eine Regelung der Schmelzbadfläche verwendet werden.