KI und AM Forscher optimieren 3D-Druck mithilfe von künstlicher Intelligenz

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Universität Rostock

Rostocker Forscher gehen den Verfahrensfehlern beim 3D-Druck auf den Grund. Sie setzen dabei auf das so genannte Machine Learning, das ein Teilbereich der künstlichen Intelligenz (KI) ist.

Kaum eine Branche kommt heute ohne die additive Fertigung respektive den 3D-Druck aus, heißt es von der Universität Rostock. Doch trotz des Siegeszuges gebe es noch immer deutliche Probleme. So ist etwa die Qualität der gedruckten Bauteile und die Reproduzierbarkeit des Druckprozesses noch nicht auf einem Level, wo sie sein sollten, präzisiert Erik Westphal. Der 32-jährige Maschinenbauingenieur forscht deshalb derzeit am Lehrstuhl für Mikrofluidik nach Möglichkeiten, die additive Fertigung auf einen besseren Stand zu bringen. Dabei habe er schon beachtliche Erfolge erzielt. Dazu nutzt Westphal das so genannte Machine Learning (ML): „Perfekt ist die KI in diesem Bereich noch nicht. Noch müssen wir die Computer für unsere Zwecke trainieren.“ Denn KI heißt eigentlich, dass der PC ähnlich „intelligent“ ist wie ein Mensch – doch das gibt es noch nicht, wie der Forscher klarstellt.

Kameras dokumentieren den Druckvorgang jetzt präzise

Beim 3D-Druck wird ein Werkstück beispielsweise schichtweise aus thermoplastischer Kunststoffschmelze aufgebaut. Das können je nach Größe des Bauteils Tausende von Schichten werden. Bei dem von Westphal entwickelten Qualitätssicherungsverfahren, zu dem er bereits 2019 die erste Idee hatte, wird der Druckvorgang von mehreren Kameras genau beobachtet, per Video und Bild dokumentiert und direkt von einem ML-Algorithmus ausgewertet. Auf jedem Bild ist die Schicht zu erkennen, die gerade bearbeitet wird, heißt es dazu. Defekte oder Verunreinigungen würden durch den Algorithmus sofort erkannt. Aus riesigen Datenmengen, die dabei angesammelt würden, suche der von Westphal entwickelte Algorithmus nach Mustern, die ein Mensch nicht direkt sehen oder finden könne – etwa ob in der aktuellen Bauteilschicht ein Fehler vorliege, wo er sich befinde und welche Auswirkungen er auf den weiteren Druckverlauf haben könnte. Westphal: „Das Ziel ist es, anhand der Muster automatisch menschliche Entscheidungen herbeizuführen.“

3D-Druck-Forschung

Das können IWU-Forscher in Sachen additive Fertigung

Multi-Milliarden-Markt 3D-Druck braucht Qualitätssicherung

Dieses Verfahren zur Qualitätssicherung beim 3D-Druck mit Kunststoff ermöglicht es, den Fertigungsprozess stabiler zu machen. Denn bisher konnten die Fehler gar nicht, oder wenn, dann erst nach dem Druckprozess erkannt werden. „Nun kann man während des laufenden Druckprozesses entscheiden, die Druckeinstellungen zu optimieren oder den Druck bei zu gravierenden Fehlern abzubrechen“, so Westphal. Das spart bei der additiven Fertigung Zeit und damit Geld. Auch erhält man nebenbei durch die bildliche Datenerfassung ein detailliertes Monitoring des gesamten 3D-Druckprozesses. Das dürfte für viele Schlüsselbranchen eine attraktive Möglichkeit zur Optimierung ihrer Fertigungsprozesse darstellen, wie der Rostocker Forscher glaubt. Denn der 3D-Druck wird beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt oder der Medizintechnik angewendet, weil er bekanntlich neue Freiheiten in Sachen Produktdesign und Individualisierung ins Feld führt. „Im Maschinenbau ist die additive Fertigung außerdem sehr stark im Kommen“, registriert Westphal. Auch in der Pharmakologie oder gar im Lebensmittelbereich findet der 3D-Druck seinen Einsatz. Das, so Westphal abschließend, macht deutlich, dass hier ein Multi-Milliarden-Markt heranwächst. Die Frage der Qualitätskontrolle sei deshalb von erheblicher Bedeutung.

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