InfraTec verfügt neben seinem Stammhaus in Dresden und Niederlassungen in Österreich, Großbritannien, den USA und China über ein weltweit agierendes Händlernetz
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.
On Demand: Optimising Additive Manufacturing Technologies Using Thermography (Englisch)
Additive manufacturing: definition, benefits, types, presence and future
Fields of application for thermography in additive manufacturing
Challenges in additive manufacturing of metals
Use of thermography to improve manufacturing technologies
Technical requirements for IR cameras in additive manufacturing
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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.
Detektorformat
Thermografiebilder mit hoher Auflösung für die Temperaturmessung
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.
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.
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.
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.
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.
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
Die berührungslose Messung von Temperaturverteilungen und Temperaturverläufen mit Industrie-Thermografiekameras erlaubt die effiziente Überwachung und Steuerung temperaturabhängiger Prozesse und Verfahren im Rahmen einer anlagenintegrierten Qualitätssicherung in der Industrie.
Prüfen Sie berührungslos die Temperaturverteilung von Blechteilen während des Presshärtens und stellen Sie eine gleichförmig hohe Festigkeit und Qualität aller produzierten Pressteile sicher.
Detektieren Sie bereits während der Fertigung ungleichmäßige Temperaturverteilungen und lokale Energieverluste mittels Lock-In-Thermografie.
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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.
