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Erleichterung Fraunhofer-Forscher erleichtern 3D-Druck durch offenes Datenformat

Quelle: Fraunhofer-ILT 4 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

Ein neues Datenformat vereinfache die Datenverarbeitung bei Prozessen des 3D-Drucks von Metallen. Damit lassen sich Fertigung und Prozesskontrolle in Echtzeit zusammenführen, heißt es.

Hier sieht man, wie ein Bauteil mittels additiver Fertiung über den sogenannten Prozess des Laser Powder Bed Fusion (LPBF) schichtweise aus Metallpulver entsteht. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde jetzt ein offenes Datenformat entwickelt, mit dem alles leichter geht.(Bild: Fraunhofer-ILT)
Hier sieht man, wie ein Bauteil mittels additiver Fertiung über den sogenannten Prozess des Laser Powder Bed Fusion (LPBF) schichtweise aus Metallpulver entsteht. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde jetzt ein offenes Datenformat entwickelt, mit dem alles leichter geht.
(Bild: Fraunhofer-ILT)

Für den 3D-Druck von Metallen gibt es vielfältige Verfahren. Am geläufigsten sei die Laser Powder Bed Fusion (LPBF), bei der mehrere Laser durch schichtweises Belichten von Metallpulver ein Werkstück aufbauen. Entlang der Prozesskette müssen die Konstruktionsdaten aber mehrfach umgewandelt werden. Dabei entstehen teils Datenvolumina im 2-stelligen Gigabyte-Bereich. Sie zu verarbeiten kostet nicht nur Zeit, sondern bringt selbst moderne IT-Systeme an Grenzen, wie die Experten vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) aus Aachen sagen. Ein Forschungsteam der Lehrstühle für Lasertechnik LLT und Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen University sowie eben vom ILT habe nun aber eine praktikablere Möglichkeit entwickelt. Das neue Open-Vector-Format beschleunige demnach den 3D-Druck, erlaube verteilte Datenverarbeitung und vereinfache außer der Anlagenskalierung auch die Steuerung größerer Anlagenparks. Das ist Industrie 4.0 in der Praxis, wie die Projektbeteiligten betonen.

Warum überhaupt zu einem neuen Datenformat greifen?

Der Bedarf an einem neuen Datenformat erschließe sich beim Blick auf die Abläufe in der LPBF-Prozesskette. Nach der CAD-Konstruktion müssen die Bauteilkonturen noch in kleinste geometrische Strukturen umgewandelt werden. In der Regel sind das Dreiecke (Tesselation genannt). Anschließend folgt das virtuelle Einpassen des Bauteils in den Bauraum, wobei es so gedreht und gegebenenfalls mit anderen Teilen im virtuellen Bauraum angeordnet wird, um dessen Volumen optimal zu nutzen (nesting and orientation), erklären die Aachener. Dabei wird die Konstruktion außerdem oft durch Stützstrukturen abgesichert. Bis hierher würden die Daten im Prozess als dreidimensionale Koordinaten geführt. Es folgt das sogenannte Slicing, das die 3D-Struktur in tausende 2D-Schichten für den LPBF-Prozess übersetzt. Denn LPBF-Anlagen breiten nach jeder Laserbelichtung ein frisches Pulverbett aus, fixieren darin per Laser die vorgesehene Bauteilstruktur und gehen dann zur nächsten Schicht über, wie es weiter heißt. Außer den 2D-Konturen der jeweiligen Schicht setze dieser Prozess präzise Anweisungen zur Maschinensteuerung voraus. An diesem Punkt kommt der Bedarf an ein neues Datenformat ins Spiel. Denn während für 3D-Konstruktionsdaten ausreichend Formate existierten, würden die Daten nach dem Slicing vor allem über geschlossene (proprietäre) Möglichkeiten der jeweiligen LPBF-Anlagenhersteller verarbeitet. Das liegt auch daran, dass Standards anderer Bereiche, wie das Format G-Code für CNC-Maschinen oder das CLI-Format (Common layer interface) für den 3D-Druck nur bedingt nutzbar sind. So basiert G-Code auf der Speicherung der Koordinaten im Textformat (ASCII), wodurch die Datenvolumen schnell auf einige 10 Gigabyte anschwellen. Entsprechend zeitaufwändig ist die Verarbeitung dieser Datenmengen.

Datenverarbeitung entlang der Prozesskette beim LPBF. Das neue Open Vector Format (OVF), dass diese Art des metallbasierten 3D-Drucks erleichtert, wird nach dem Slicing eingesetzt.(Bild: DAP RWTH Aachen)
Datenverarbeitung entlang der Prozesskette beim LPBF. Das neue Open Vector Format (OVF), dass diese Art des metallbasierten 3D-Drucks erleichtert, wird nach dem Slicing eingesetzt.
(Bild: DAP RWTH Aachen)

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