Quality control in metal additive manufacturing

Abstract

Metal additive manufacturing is becoming increasingly more feasible as a manufacturing method for low volume series and prototypes. Due to the recent adoption of this manufacturing method, few standards exist. Manufacturers of 3D printers have, along with researchers, not yet fully understood the process of how to design printers that fully take into consideration all the possible ways the geometries of printed parts are affected by the printing process.

For this reason, fast and reliable quality control is required. As parts chosen to be printed naturally have complicated shapes, the process of measuring becomes very difficult. This study focuses on examining ways to measure metal 3D printed parts. 3D scanning quickly stood out as a prime candidate, and thus different 3D scanning systems were researched.

The findings showed that 3D scanning is the most versatile way of measuring, especially when evaluating overall form and shape changes. 3D scanning is not the most accurate, however, as the accuracy of a 3D scanner is twenty times lower than that of a coordinate-measuring machine. Hence, for the best all-round measuring capabilities, utilizing both systems is suggested.

Additiv tillverkning i metall blir allt mera rimligt som en tillverkningsmetod för små serier eller prototyper. På grund av det nya upptagandet av den här tillverkningsmetoden finns det endast få standarder. Tillverkare av 3D-skrivare för metall har, tillsammans med forskare, inte ännu helt förstått hur skrivare bör designas för att fullständigt ta i beaktande alla möjliga sätt som geometrierna i printade delar påverkas av den additiva tillverkningsprocessen.

Av den här orsaken krävs snabb och pålitlig kvalitetskontroll. Eftersom delar som väljs att bli utskrivna av naturen har komplicerade former blir även mätningen mödosam. Det här arbetet fokuserar på att utvärdera olika sätt att mäta 3D-utskrivna delar. 3D-skanning skiljde sig snabbt från mängden som en av de främsta kandidaterna och därför studerades olika 3D-skanningssystem ingående.

Resultatet visar att 3D-skanning är det mest mångsidiga mätningssättet, speciellt när formändringar utvärderas. 3D-skanning är inte det noggrannaste, emedan noggrannheten hos en 3D-skanner är tjugo gånger svagare än med en koordinatmätmaskin. Därför föreslås att båda systemen utnyttjas för den mest allsidiga mätningsförmågan.

Metallin 3D-tulostuksen käyttö valmistusmenetelmänä on yleistynyt toteuttamiskelpoisena vaihtoehtona pienten sarjojen ja prototyyppien valmistuksessa. Tämän viimeaikaisen käyttöönoton vuoksi ei ole vielä monta standardia saatavissa. Metallin 3D-tulostimien valmistajat sekä tutkijat eivät ole vielä ymmärtäneet metallin lisäävän valmistuksen prosessia niin hyvin, että he voivat valmistaa tulostimia, jotka ottavat huomioon kaikki eri tavat, joilla tulostetun kappaleen geometria muuttuu tulostuksessa.

Tämän vuoksi nopeaa ja luotettavaa laadunvalvontaa vaaditaan. Koska tulostukseen valituilla osilla luonnollisesti on monimutkaisia muotoja, myös mitoitus muuttuu vaikeaksi. Tämä tutkimus keskittyy erilaisiin 3D-tulostettujen kappaleiden mitoitustapoihin. 3D skannaus ilmestyi heti ensisijaisena ehdokkaana.

Tulokset näyttivät, että 3D-skannaus todella on monipuolisin tapa mitata, erityisesti kun evaluoidaan yleismuodonmuutoksia. 3D-skannaus ei silti ole tarkin, koska 3D-skannauksen tarkkuus on 20 kertaa heikompi kuin koordinaattimittauskoneen. Seurauksena, laaja alaisimman mittaamiskyvyn saavuttaakseen, molempien systeemien käyttöä ehdotetaan.