Seit mehr als 20 Jahren wird der 3D-Druck mittels Materialextrusion weit verbreitet eingesetzt und ist eines der zugänglichsten Verfahren. Trotz seiner Beliebtheit hat es jedoch eine grundlegende Schwäche: den Mangel an Prozesskontrolle. Der Prozess ist nach wie vor eine Black Box. Das System arbeitet “blind” und geht davon aus, dass alle Parameter wie Extrusionsrate, Temperatur und Bewegung wie im G-Code programmiert funktionieren. Infolgedessen bleiben Abweichungen wie Unter- oder Überextrusion oft bis zur Inspektion nach der Produktion unentdeckt. In industriellen Umgebungen wie der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik, wo Maßgenauigkeit, Reproduzierbarkeit und Rückverfolgbarkeit entscheidend sind, reicht dieser Open-Loop-Ansatz nicht mehr aus. Eine echte Industrialisierung des Materialextrusionsprozesses erfordert Echtzeit-Prozessüberwachung, bedarfsgerechte adaptive Korrektur und eine Closed-Loop-Regelung. Unser Closed-Loop-Prozess mit unserem 3D-Drucker TrueFormer™ 600 powered by SituGuard™ ist der Kern dessen, was wir bei TRACK3D tun.

Die Herausforderung und der eigentliche Schmerzpunkt im 3D-Druck mittels Materialextrusion:

Der 3D-Druck mittels Materialextrusion ist möglicherweise die am weitesten verbreitete Technologie, steht aber noch vor zahlreichen Herausforderungen:

1. Reproduzierbarkeit: Eine der größten Herausforderungen im industriellen 3D-Druck, insbesondere bei Materialextrusionsverfahren, ist die Erzielung echter Reproduzierbarkeit. Während einzelne Teile die Maßvorgaben erfüllen können, bleibt es schwierig, dieselbe Geometrie über mehrere Drucke hinweg mit identischer Präzision zu reproduzieren. Diese Inkonsistenz resultiert aus der Open-Loop-Natur der 3D-Druckersysteme. Selbst geringfügige Schwankungen in Extrusionsfluss, Temperatur oder Schichthaftung können sich über die Zeit akkumulieren und zu Abweichungen zwischen den Drucken führen. Ohne Feedback und kontrollierte Schichthaftung kann der 3D-Drucker diese Abweichungen nicht erkennen oder kompensieren, was zu Teilen führt, die sich in Dimensionen, Oberflächenqualität oder mechanischer Stabilität unterscheiden.
2. Geometriefehler und Maßabweichungen: Das Materialverhalten in Extrusionsprozessen ist hochempfindlich gegenüber Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Selbst geringe Abweichungen im Filamentdurchmesser können das Extrusionsvolumen beeinflussen und zu Unter- oder Überextrusion sowie Oberflächenunregelmäßigkeiten führen.
3. Eingeschränkte Rückverfolgbarkeit und Qualitätssicherung: Industrielle Anwender benötigen Prozessrückverfolgbarkeit und dokumentierte Qualitätssicherung für Zertifizierung und Compliance (z.B. Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Bahnindustrie). Extrusionsprozesse liefern derzeit wenig bis keine Daten darüber, was während des Drucks passiert ist. Das Ergebnis ist ein Black-Box-Prozess – Qualitätsprobleme können erst nach Fertigstellung des Teils erkannt werden, oft durch zerstörende Prüfung oder manuelle Inspektion.

Das Closed-Loop-Konzept

Das Closed-Loop-Konzept basiert auf dem Prinzip, dass sensorbasiertes Feedback zuverlässiger wird als menschliche Intervention. Anstatt sich auf Nachprozess-Inspektion oder manuelle Anpassungen zu verlassen, führt das System eine Selbstregulierung durch kontinuierliche Sensordaten und automatisierte Feedback-Kontrolle durch. Diese Daten werden kontinuierlich mit der Zielgeometrie verglichen. Wenn Abweichungen erkannt werden, generiert das System einen Steuerbefehl, der direkt an den Drucker gesendet wird. Das System führt dann die entsprechenden Anpassungen durch, um optimale Bedingungen wiederherzustellen. Dieser kontinuierliche Zyklus aus Messung, Vergleich, Korrektur und Validierung verwandelt den Druckprozess in ein intelligentes, selbstregulierendes System.

Von Daten zur Prozessoptimierung: “SituGuard™”

Darüber hinaus generiert das System automatisch Prozessberichte und digitale Zwillinge und verwandelt die zuvor als “Black Box” bezeichnete 3D-Druck-Welt in einen transparenten und rückverfolgbaren Prozess. Jede Schicht des Drucks wird von einem Profillinien-Laser und mehreren anderen Sensoren gescannt, wodurch eine dichte 3D-Punktewolke erzeugt wird, die die tatsächliche Geometrie des gedruckten Teils präzise darstellt. Diese Daten, der Digitale Zwilling, werden kontinuierlich mit dem G-Code-Referenzmodell verglichen und ermöglichen die Erkennung selbst kleinster Abweichungen in Extrusionsrate, Schichthöhe oder Positionsgenauigkeit. Durch unser Closed-Loop-Feedback-System wird das Prozessergebnis präzise gesteuert, was eine gleichbleibende Bauteilqualität und einen stabilen Extrusionsprozess gewährleistet. Mit SituGuard™ erhält jeder Druck vollständige digitale Rückverfolgbarkeit und bietet vollständige Transparenz darüber, was während der Produktion passiert.

Diese rückverfolgbaren Datensätze ermöglichen es Herstellern:

• Die Prozesskonsistenz für jeden Druckvorgang zu verifizieren,
• Qualität für Audits und Zertifizierung zu dokumentieren und nachzuweisen,
• Abweichungen zu erkennen, zu korrigieren und zu verhindern, bevor sie die Bauteilintegrität beeinträchtigen.

TRACK3D verwandelt die frühere “Black Box” des 3D-Drucks in einen transparenten, rückverfolgbaren und datengetriebenen Prozess und etabliert eine echte Qualitätssicherung und Prozessvalidierung auf industriellem Niveau, die zentrale Voraussetzungen für zertifizierte, reproduzierbare additive Fertigung in anspruchsvollen Industrien sind.

Auswirkungen

In Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizintechnik und der Bahnindustrie kostet der Mangel an Präzision in der additiven Fertigung nicht nur Zeit, sondern auch Geld, Sicherheit und Vertrauen in die Technologie. Der TrueFormer™ 600 von TRACK3D, powered by SituGuard™, liefert Echtzeit-Genauigkeit und Prozesskontrolle und stellt sicher, dass jedes Teil die strengen Standards dieser Branchen erfüllt. Mit Closed-Loop-Überwachung, adaptiver Korrektur und einem dokumentierten Prozess für jedes gedruckte Teil transformieren wir den 3D-Druck in einen zertifizierbaren, hochpräzisen Fertigungsprozess, der für den industriellen Einsatz bereit ist.