Konzeption, Aufbau und Kalibrierung eines multimodalen Messsystems zur in-situ-Rekonstruktion von Temperatur und Geometrie im induktiven Sinterprozess

Der Sinterprozess ermöglicht die pulvermetallurgische Herstellung von Bauteilen mit komplexer Geometrie bei hoher Werkstoffausnutzung und Maßgenauigkeit. Aufgrund der stochastischen Natur des pulverförmigen Ausgangsmaterials können sich Schwankungen des kompaktierten Materials fortpflanzen und zu Unsicherheiten in den resultierenden Bauteileigenschaften führen. Zur Untersuchung der Fehlerfortpflanzung und Ableitung optimaler Prozessfenster ist eine detaillierte Charakterisierung der Unsicherheitspropagation des Sinterprozesses erforderlich. Für das Verständnis der Prozessdynamik sowie für die Bewertung und Prädiktion der resultierenden Bauteilqualität ist die fortlaufende in-situ-Rekonstruktion thermischer und geometrischer Größen entscheidend. In diesem Beitrag wird die Konzeption, der Aufbau und die Kalibrierung eines multimodalen Messsystems zur in-situ-Rekonstruktion von Temperatur und Geometrie während des induktiven Sinterns von Metallpulvern vorgestellt. Das Messsystem wird direkt mit der induktiven Sinteranlage verknüpft und kombiniert eine Thermokamera zur berührungslosen Temperaturmessung mit mehreren Lasertriangulationssensoren zur hochauflösenden Erfassung von Geometrieänderungen. Besondere Herausforderungen ergeben sich durch kurze Messdauern, hohe Bauteilkomplexität, elektromagnetische Störeinflüsse, hohe thermische Belastungen, wärmeinduzierte Lichtablenkungseffekte, die erforderliche Schutzgasatmosphäre sowie prozessbedingt veränderliche Emissions- und Reflexionseigenschaften der Pulverproben. Neben der mechanischen und messtechnischen Integration der Sensorik werden das Messkonzept sowie die entwickelten Kalibrierverfahren vorgestellt und anhand exemplarischer Messergebnisse sowie korrespondierender Unsicherheiten validiert.