Melt Pool Monitoring (MPM)

Das Melt Pool Monitoring (MPM) ist ein on-axis Werkzeug zur Visualisierung des Schmelzbads im SLM Prozess. Das System erfasst die entstehende Wärmestrahlung aus der Schmelze während des gesamten Fertigungsprozesses. Die Wärmestrahlung wird on-axis, direkt im optischen Strahlengang, mittels Photodioden ermittelt.

Mit Hilfe der Daten aus dem MPM wird ein effizientes Weiterentwickeln und Auswerten von Prozessparametern gefördert. Zudem können wichtige Erkenntnisse zur bauteilindividuellen Optimierung der Prozessparameter gesammelt werden. Bei der Produktion sicherheitskritischer Bauteile dienen die erfassten Daten der Dokumentation zur Qualitätssicherung des Fertigungsprozesses. Die aufgezeichneten Daten erlauben Rückschlüsse auf Unregelmäßigkeiten während des Aufschmelzens, die zu Anomalien in den Bauteilen führen können.

Die Messungen finden in einem Messtakt von bis zu 10 μs (100 kHz) statt. Die Messdaten werden in Echtzeit erfasst, schichtweise gespeichert und liegen unmittelbar zur Analyse bereit. Weitere Datenverarbeitungsprozesse für zukünftige Software-Versionen befinden sich in der Entwicklung.

Für Multilasermaschinen wird jeder Strahlengang mit einem eigenen Messsystem ausgestattet. Diese Lösung kann durch den Umbau des optischen Systems auch in bestehenden SLM Maschinen nachgerüstet werden.

Die emittierte Wärmestrahlung aus der Wechselwirkungszone wird durch die Strahleintrittsscheibe, über das X/Y-Scansystem und mittels Strahlteiler, in das MPM-Modul reflektiert. Die beim Aufschmelzen erzeugte Wärmestrahlung wird dabei in zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen von einer zweifachen Photodiodenanordnung erfasst. Der von den Photodioden gemessene elektrische Strom wird in einer Elektronikeinheit in eine elektrische Spannung umgewandelt.

Mittels FPGA (Free Programmable Gate Array) werden die eingehenden Messdaten in Echtzeit von bis zu 100kHz verarbeitet, mit den X/Y-Positionsdaten der belichteten Vektoren synchronisiert und im Live-Modus unmittelbar in der Software dargestellt.