Im Forschungsprojekt XXL3DDruck des LZH – Laser Zentrum Hannover e.V. und des IPH – Instituts für Integrierte Produktion Hannover gGmbH wird die energie- und ressourcenschonende Herstellung von großskaligen Bauteilen am Beispiel eines Schiffgetriebegehäuses mittels additiver Fertigung erprobt. Um die Qualität der Bauteile sicherzustellen, entwickeln die Wissenschaftler:innen des IPH eine Inline-Messtechnik. Auch Oliver Heineking war als Student an der Forschung beteiligt. Am Forschungsprojekt sind neben dem IPH und LZH drei weitere Unternehmen beteiligt: die REINTJES GmbH, die EILHAUER Maschinenbau GmbH und die TEWISS – Technik und Wissen GmbH.
IPH-Zukunftspreis für Abschlussarbeit
Heineking, der mittlerweile als Ingenieur tätig ist, setzte sich in seiner Abschlussarbeit mit der Entwicklung einer automatisierten Methode zur Qualitätssicherung beim XXL 3D-Druck auseinander. Für seine hervorragende Arbeit erhält er in diesem Jahr den IPH-Zukunftspreis.
Schiffsgetriebe sind sehr große Bauteile und werden meist als Unikat gefertigt. Durch die große Energiezufuhr beim laserunterstützen Auftragsschweißen und der daraus resultierenden Wärme kann sich das Bauteil verziehen. Wird dies erst nach dem Prozess feststellt, muss das Bauteil neu gefertigt werden. Insbesondere bei sehr großen Bauteilen ist dies zeit- und ressourcenintensiv. Bei der automatisierten Qualitätssicherung besteht die Möglichkeit, schon im Fertigungsprozess Fehler festzustellen und diese direkt auszugleichen. Das Ziel von Heineking war es, ein Qualitäts-Kontrollsystem zur geometrischen Kompensation des Verzugs zu entwickeln. Dafür implementierte er eine Software, die auf der Basis von regelmäßigen optischen Vermessungen durch einen Laserscanner den Verzug des Bauteils ermitteln und ein optimiertes CAD-Modell für den Druck der nächsten Schichten ausgeben kann.
XXL 3D-Druck automatisiert überwachen
Die Herausforderung: Große Bauteile erzeugen große Datenmengen. Der durch den Laserscan ermittelte Ist-Zustand des Bauteils wird als Punktwolke dargestellt. Dieses Modell wird daraufhin mit dem Soll-Zustand in Form des gewünschten CAD-Modells abgeglichen – Punkt für Punkt. Anschließend wird die Punktwolke von der Software manipuliert und ein optimiertes Modell ausgegeben. Dies ist allerdings zu groß, um direkt weiterverarbeitet zu werden.
Oliver Heineking kombinierte in seiner Arbeit verschiedene Algorithmen miteinander, um ihre Stärken optimal auszunutzen. Mithilfe dieser Algorithmen wird die von der Software angegebene Punktwolke zurück in ein Polygon-Netz überführt, welches wiederum als CAD-Modell exportiert werden kann und als Grundlage für den weiteren Druckverlauf dient. So schaffte er es, den Verzug des Bauteils mit einer laufzeit- sowie speichereffizienten Software detailliert zu kompensieren. Das Qualitäts-Kontrollsystem kann dann den gemessenen Verzug durch eine Anpassung des Drucks auf Basis des CAD-Modells ausgleichen.
„Vor allem die Arbeit im Team und die Mitarbeit an einem Forschungsprojekt haben mir sehr viel Spaß gemacht“, erklärt Heineking. Er studierte an der Technische Hochschule Köln und wurde von einem Professor darin bestärkt, seine Masterarbeit am IPH anzufertigen.
IPH-Geschäftsführer Dr.-Ing. Malte Stonis sagt bei der Verleihung des IPH-Zukunftspreises am 5. Dezember 2022: “ Ein Kernelement unseres neuartigen 3D-Druckers ist die Verzugskompensation bei großvolumigen Bauteilen. Herr Heineking hat einen essenziellen Beitrag zur Funktionsfähigkeit des Druckers beigetragen. Mit dem Konzept der Inline-Geometriemessung und CAD-Kompensation sind dank seiner Arbeit hochgenaue Druckergebnisse möglich.“
Zukunftspreis für die beste Abschlussarbeit wird jährlich vergeben
Seit 2016 prämiert das IPH jedes Jahr die beste studentische Abschlussarbeit. In die Auswahl für den IPH-Zukunftspreis 2022 kommen alle Studierenden, die ihre Bachelor- oder Masterarbeit am IPH schreiben und spätestens am 30. September 2022 bei der Fakultät einreichen.
Themen für studentische Arbeiten werden regelmäßig unter www.iph-hannover.de/jobs angeboten.
