Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Digitale Prozessanalyse und datenbasierte Qualitätssicherung im Metallpulverspritzguss (MIM)

Im Metallpulverspritzguss nimmt die Bedeutung einer verlässlichen, datenbasierten Qualitätsüberwachung stetig zu. Gerade bei sicherheitsrelevanten Bauteilen sind reproduzierbare Prozesse, lückenlose Dokumentation und frühzeitige Fehlererkennung entscheidend. Am Fraunhofer IFAM verbinden wir über 30 Jahre Erfahrung in der Formgebung von Metallpulvern mit moderner Prozessdigitalisierung, um Fertigungsprozesse digital darzustellen und gezielt zu optimieren.

 

Warum Daten allein nicht reichen

Eine umfangreiche Prozessdatenerfassung in den Formgebungsprozessen Spritzguss und Extrusion ist Stand der Technik. Doch die reine Erfassung und Überwachung einzelner Maschinendaten reicht nicht aus, um Qualitätsabweichungen sicher hervorzusagen. Erst durch:

  • tiefgehendes Prozesswissen
  • Bewertung der Aussagekraft einzelner Parameter
  • Korrelationsanalysen
  • Relationen zwischen Prozessschritten

lassen sich verlässliche Qualitätsprognosen aufbauen.

Dieses Wissen wurde am Fraunhofer IFAM über Jahrzehnte in Forschungs- und Industrieprojekten aufgebaut und fließt heute in Prozessanalysen und -bewertungen ein. 

 

Was wir bieten

1. Produktionsnahe Prozessnachstellung

Wir bilden die komplette MIM-Prozesskette im produktionsnahen Maßstab ab oder erfassen relevante Daten direkt in dem Produktionsprozess unserer Kunden. Moderne Sensorik und Maschinendaten liefern die Basis für Qualitätsprognosen und die Dokumentation sicherheitsrelevanter Bauteile.

2. Korrelations- und Prozessanalysen

Für jeden Prozessschritt werden Parameter analysiert, die die Bauteilqualität beeinflussen können. Dazu zählen u.a.:

  • Eingangskontrolle / Feedstock-Qualität
  • Materialaufbereitung / Mischtechnik
  • Verarbeitung (z.B. Extrusion, Spritzguss)
  • Entbinderung
  • Sinterung

So lassen sich Abweichungen, Materialschwankungen und Prozessdrifts früh erkennen.

3. Prozessoptimierung und Fehleranalyse

Gezielte Parameteranpassungen ermöglichen es, Qualitätsprobleme eindeutig zuzuordnen und reproduzierbar zu beheben. Versuchsserien an unserem Institut belegen die Wirksamkeit der Maßnahmen.

 

Praxisbeispiel: Qualitätsvorhersage durch gezielte Parameteranpassung

In einem Spritzgussprojekt lieferte die anfängliche Datenerfassung keine verwertbare Korrelation von Spritzgussdaten zum Qualitätsparameter Bauteilgewicht. Erst die Erhöhung des Nachdruckes über den Wert des maximalen Fülldruckes zeigte in der Korrelationsanalyse „Gewicht versus maximalen Schmelzedruckes in der Düse“, dass mit der Ausgangseinstellung keine signifikante Nachverdichtung zur Schrumpfkompensation stattgefunden hatte.

Das Ergebnis: 80 % Korrelation zwischen Düsendruck und Bauteilgewicht – und damit eine zuverlässige Basis für eine Inline-Qualitätsprognose.

Dieses Beispiel zeigt, dass über eine digitale Prozessanalyse das Spritzgussverfahren, ebenso wie verwandte Formgebungsverfahren und alle weiteren Schritte der Pulvertechnologie, optimiert werden können.

Die folgenden Graphiken verdeutlichen beispielhaft diesen Prozess:

Graphik 1: Prozessdigitalisierung durch Sensorierung, Aufzeichnung von Maschinendaten und Stromaufnahme für die Auswertung zur Qualitätssicherung und auch zur Prozessdatenarchivierung sicherheitsrelevanter Bauteile: 

Prozessdigitalisierung durch Sensorierung, Aufzeichnung von Maschinendaten und Stromaufnahme für die Auswertung zur Qualitätssicherung und auch zur Prozessdatenarchivierung sicherheitsrelevanter Bauteile

Graphik 2: Korrelationsanalyse der aufgezeichneten Daten, hier die Gegenüberstellung von Bauteilgewicht mit Druckwerten aus dem Spritzgussprozess. Mit der Standardeinstellung ergab sich keine signifikante Korrelation, um eine Qualitätsprognose über das Bauteilgewicht (als Maß zur Detektion von nicht sichtbaren Fehlern) aus den Spritzgussdaten abzuleiten:

Graphik 3: Mit der Erhöhung des Nachdrucklevels zur Fehlerbehebung wurde der maximale Druck am Schmelzedrucksensor in der Düse als qualitätsbestimmender Wert identifiziert, so dass dieser für die Qualitätsprognose mit Korrelation zum Bauteilgewicht herangezogen werden konnte:

Ihre Vorteile auf einen Blick

  • Echtzeit-Qualitätsbewertung auf Basis von Fertigungsdaten
  • Früherkennung von Materialschwankungen (Feedstock)
  • Sichere Dokumentation für sicherheitsrelevante Bauteile
  • Erkennung von Parameterdrifts, z.B. Kühlprobleme oder Verschleiß
  • Reduzierung von Ausschuss und Stillständen
  • Kostengünstige Prozessüberwachung, z.B. mittels Düsendrucksensor

 

Unser Angebot für Sie zusammengefasst

Sprechen Sie uns gerne an. Wir unterstützen Sie mit:

  • Beratung zur Festlegung von Qualitätskriterien
  • Pilotserienfertigung mit Kunden- oder Demonstratorbauteilen
  • Datenaufzeichnung und Korrelationsanalyse
  • Definition belastbarer Prozess- und Qualitätsgrenzen
  • Unterstützung bei der Implementierung in der Produktion
  • Know-how-Transfer und Schulung Ihrer Mitarbeitenden