Eingebettete Sensoren in 3D-gedruckten Metallteilen

Forschern des Forschungszentrum VTT ist es gelungen, einen intelligenten Zylinder in einem 3D-Druckverfahren herzustellen. Die neuen Fertigungsmethode solle neue Geschäftsmodelle schaffen und einen Wettbewerbs­vorteil bei der Entwicklung von KI bieten.

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Die digitale Revolution in der Fertigungstechnik liegt in der additiven Fertigung, also dem 3D-Druck von Gegenständen auf Basis digitaler Modelle. Dies ermöglicht die Anpassung von Teilen und eine schnelle Fertigung auf Abruf. Gerade die Fertigung intelligenter Lösungen ist ein umkämpftes Forschungsgebiet.

Umfangreiche Investitionen in Forschung und Entwicklung wurden in diesem Bereich getätigt, aber nur wenigen ist es bisher gelungen, eine funktionierende Lösung zu entwickeln, bei der Sensoren einen funktionalen Bestandteil einer 3D-gedruckten Metallkonstruktion bilden.

Die Proof-of-Concept-Demonstration von VTT zeigt, dass eine Reihe von Sensoren oder intelligenten Identitäts­merkmalen während dem 3D-Druck von Metallteilen ergänzt werden können, um die Leistung und den Zustand von Maschinen oder Geräten zu verfolgen oder die Echtheit der Teile zu überprüfen. Neu ist hier die gesamte Prozessmanagementkette: 3D-Druck, Sensorik, drahtlose Datenübertragung und Zustandsüberwachung in einem Paket.

„Während der Herstellungsphase haben wir einen Beschleunigungssensor und die notwendige Verkabelung in einen 3D-gedruckte Metallschaft für ein Gleitlager integriert. Darüber hinaus wurde auf dem Lager eine Elektronik installiert, die eine drahtlose Kommunikation ermöglicht. Auf einem Lagerprüfstand konnten wir die Zuverlässigkeit der Wellenmesstechnik und Datenübertragung demonstrieren. Die schnelle Erfassung und Verwendung genauer Daten nimmt deutlich zu, wenn Daten drahtlos direkt von der Komponente in die Cloud übertragen werden. Damit werden wir den nächsten großen Schritt in Richtung künstliche Intelligenz machen können“, sagt Forschungsteamleiter Pasi Puukko.

Das Verfahren bietet dem Konstrukteur einen wesentlich höheren Freiheitsgrad als herkömmliche Fertigungsmethoden. So liefert beispielsweise ein Gerät mit einem Verschleißmesssensor aktuelle Informationen, so dass die notwendige Wartung automatisch und ohne Produktionsunterbrechung beginnen kann.

Das entwickelte Verfahren hat ein weites Anwendungsspektrum: von der Herstellung von Industriemaschinen bis hin zur Energie-, Bergbau- und Transportindustrie. Eingebettete Sensoren sind ideal für anspruchsvolle Bedingungen, da die Sensoren und Leitungen im Inneren der Komponente geschützt sind und die normale Funktion durch Fremdverkabelung auf den Oberflächen der Bauteile nicht beeinträchtigt wird.

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