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Expertenbeitrag

 Gregor Reischle

Gregor Reischle

Head of Additive Manufacturing, Global industrial AM Team, TÜV SÜD Product Service

Qualitätssicherung Die Additive Serienfertigung schneller aufbauen

Autor / Redakteur: Gregor Reischle und Christophe Blanc, TÜV SÜD Product Service / Stefan Guggenberger

Eine umfassende Qualitätssicherung ist unverzichtbar für die serienreife Produktion mit additiven Verfahren. In der Praxis scheitert dies oft an fehlenden Erfahrungswerten und mangelndem Fachwissen. Die DIN SPEC 17071 gibt Anwendern und Herstellern einen Leitfaden mit auf den Weg, um Produktionslinien in kürzerer Zeit aufzubauen.

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Auf der Grundlage der DIN SPEC 17071 und Best-Practice-Methoden aus dem direkten Produktionsumfeld hat TÜV SÜD das Zertifizierungsprogramm für additive Fertigungsstätten entwickelt.
Auf der Grundlage der DIN SPEC 17071 und Best-Practice-Methoden aus dem direkten Produktionsumfeld hat TÜV SÜD das Zertifizierungsprogramm für additive Fertigungsstätten entwickelt.
(Bild: gemeinfrei // unsplash)

Hochempfindliche Anlagen und teils mangelnde technologische Reife einiger Verfahren – beziehungsweise wenig Erfahrung in deren Anwendung – führen oftmals zu Abweichungen in den Abmessungen und Festigkeitswerten additiv gefertigter Produkte. Einheitliche und reproduzierbare Qualitätsmerkmale sind in der Serienfertigung jedoch unabdingbar. Dies gilt vor allem für Sicherheitsbauteile und für regulierte Branchen wie beispielsweise die Medizin oder Luftfahrt.

Eine hohe Bauteilqualität erfordert eine vollständige Spezifikation des gesamten Fertigungsprozesses und eine kontinuierliche Qualitätssicherung: von der Daten- und Prozessvorbereitung über die Durchführung bis hin zur Nachbereitung. Das umfasst detaillierte Qualitätsmerkmale und die zugehörigen Prüfmethoden, Arbeitsmittel und Umgebungsbedingungen für jeden Einzelprozess. Qualifiziertes Personal und eine lückenlose Dokumentation sind ebenfalls wichtig.

Anforderungen definieren und validieren

Die DIN SPEC 17071 führt als Leitfaden schrittweise von der Prozessqualifizierung über die Qualitätssicherung bis zur Validierung der Anforderungen und orientiert sich dabei am branchenübergreifend neuesten Stand der additiven Fertigung und geltenden Standards. Dadurch können Anwender eine risikominimierte und qualitätsgesicherte Produktion innerhalb von wenigen Monaten etablieren, was zuvor mitunter Jahre dauerte. Sie unterstützt beispielsweise dabei, vollständige Pflichtenhefte für Lieferanten und Auftragsfertiger schneller zu erstellen und reduziert dadurch die nötigen Lieferantenaudits.

Auf der Grundlage der DIN SPEC 17071 und Best-Practice-Methoden aus dem direkten Produktionsumfeld hat TÜV SÜD das Zertifizierungsprogramm für additive Fertigungsstätten entwickelt, das einerseits dabei hilft, eine additive Serienfertigung aufzubauen und andererseits, nach einem erfolgreichen Audit, auch gegenüber Kunden und Geschäftspartnern die Umsetzung der DIN SPEC 17071 sowie die Grundlagen für eine verlässliche und gesicherte Produktqualität nachweist.

Die DIN SPEC 17071 führt als Leitfaden schrittweise von der Prozessqualifizierung über die Qualitätssicherung bis zur Validierung der Anforderungen und orientiert sich dabei am branchenübergreifend neuesten Stand der additiven Fertigung und geltenden Standards.
Die DIN SPEC 17071 führt als Leitfaden schrittweise von der Prozessqualifizierung über die Qualitätssicherung bis zur Validierung der Anforderungen und orientiert sich dabei am branchenübergreifend neuesten Stand der additiven Fertigung und geltenden Standards.
(Bild: Anforderungen an qualitätsgesicherte Prozesse für additive Fertigungszentren // Beuth-Verlag, September 2019)

Ein Beispiel für den Aufbau, die Prüfung und Zertifizierung einer Produktion ist ein deutscher Mittelständler, der TÜV SÜD Product Service beauftragt hat, das Qualitätsmanagement rund um die additive Fertigung zu prüfen. Das Unternehmen produziert unter anderem Kunststoffteile für die Automobilindustrie, den Maschinenbau und die Medizintechnik. Die externen Auditoren begutachteten die Material- und Maschinenhandhabung, die Definitionen der Qualitätskriterien und der Auftragsabwicklung sowie die gesamte Führung des Fertigungsprozesses und die Dokumentation. Weitere Punkte betrafen den Arbeitsschutz und die Qualifizierung des Personals.

Das Unternehmen wendet das Verfahren der Powder Bed Fusion (PBF) an, in dem eine punktgenaue Hitzeeinwirkung Pulver schichtweise zu einem festen Kunststoff umwandelt. Je nach Ausgangswerkstoff und Design müssen hierbei unterschiedliche Parameter eingestellt werden: beispielsweise die Laserenergie, die Belichtungsgeschwindigkeit und die Temperatur. Nur wenn das Pulver bei jeder Anwendung gleichermaßen verfestigt wird, stimmen anschließend auch die Festigkeitswerte des Bauteils. Da hierbei der Rohstoff ebenfalls eine bedeutende Rolle spielt, ist dessen Qualität, Handhabung und Lagerung genauso wichtig für eine reproduzierbare Produktqualität in der Serienfertigung.

DIN SPEC 17071 als Basis für ISO-Standard

Bisher existieren nur wenige ISO-Standards und DIN-Normen für die Qualitätssicherung in der Additiven Fertigung. Die ISO 9001 definiert beispielsweise die allgemeinen Mindestanforderungen an ein QM-System. Über viele Voraussetzungen und Arbeitsweisen im Umfeld der Additiven Fertigung besteht jedoch noch kein abschließender beziehungsweise ausformulierter Konsens. Das ISO-Komitee TC 261 „Additive Manufacturing“ bearbeitet derzeit viele der offenen Fragen. Die DIN SPEC 17071 ist keine Norm und auch nicht in bestehende EU-Richtlinien eingebunden, sie bildet aber eine Vorstufe zum kommenden internationalen Standard ISO/ASTM 52920-2 und hilft schon jetzt Pionieren der additiven Fertigung, ihre Produktionslinien serientauglich zu machen und sich am Markt zu positionieren.

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