Infrarood temperatuurmeting bij 3D-metaalprinten

Waarom temperatuurmeting onmisbaar is bij 3D-metaalprinten

3D-metaalprinten, ook bekend als Additive Manufacturing (AM), heeft de productie van complexe metalen onderdelen drastisch veranderd. Met technieken zoals Laser Powder Bed Fusion (LPBF) kunnen lichtgewicht en geavanceerde structuren worden geproduceerd die onmogelijk zijn met traditionele methoden.

Maar één aspect bepaalt de kwaliteit van het eindproduct meer dan je misschien zou verwachten: temperatuurcontrole. Tijdens het LPBF-proces wordt metaalpoeder laag voor laag gesmolten met een laser. Een verkeerde temperatuur kan leiden tot interne spanningen, vervorming of zelfs microscheurtjes die het onderdeel onbruikbaar maken.

Om dit te voorkomen, wordt contactloze infrarood temperatuurmeting steeds vaker ingezet. De Optris PI 640 infraroodcamera is hierbij een veelgebruikte oplossing vanwege zijn hoge resolutie en snelle reactietijd, waardoor hij real-time inzicht geeft in het smeltproces.

LPBF en de rol van temperatuurcontrole

Bij Laser Powder Bed Fusion (LPBF) wordt een dunne laag metaalpoeder aangebracht en met een laser lokaal gesmolten. Dit proces wordt herhaald totdat het volledige onderdeel is opgebouwd.

De temperatuur in het smeltbad is hierbij cruciaal. Problemen ontstaan wanneer:

🔥 De temperatuur te laag is: Het poeder smelt niet volledig, wat leidt tot zwakke hechting tussen de lagen en een poreus eindproduct.
🔥 De temperatuur te hoog is: Er kan verdamping of spatvorming optreden, waardoor de chemische samenstelling verandert en de oppervlaktekwaliteit achteruitgaat.
🔥 Temperatuurverschillen optreden binnen het smeltbad: Dit kan resulteren in ongelijkmatige krimp, waardoor het onderdeel interne spanningen opbouwt en mogelijk vervormt.

Om deze problemen te voorkomen, is real-time temperatuurbewaking essentieel.

Hoe kies je de juiste infraroodsensor voor temperatuurmeting in 3D-metaalprinten?

De eerste keuze die je moet maken is of je:

✅ Een specifieke meetspot wilt monitoren → Kies een pyrometer (zoals de Optris CT-serie).
✅ Een volledig temperatuurbeeld van het proces nodig hebt → Kies een thermische infraroodcamera (zoals de Optris PI-serie).

Wanneer kies je voor een pyrometer?

Een pyrometer is ideaal als je een constante temperatuur op één punt wilt bewaken, bijvoorbeeld de gemiddelde temperatuur van het smeltbad of een specifiek onderdeel van de print. Pyrometers zijn snel, eenvoudig te integreren in een productieomgeving en kunnen een analoge uitgang leveren naar een PLC.

Wanneer kies je voor een infraroodcamera?

Een thermische camera is de betere keuze als je een compleet beeld wilt hebben van de temperatuurverdeling binnen het smeltbad. Dit is vooral belangrijk bij processen zoals LPBF, waarbij temperatuurverschillen binnen de laag invloed hebben op de hechting en kwaliteit. Een camera zoals de Optris PI 640 geeft real-time thermische beelden met hoge resolutie en kan direct gekoppeld worden aan analyse-software.

Stap 2: Welk materiaal meet je?

Niet elk materiaal reageert hetzelfde op infraroodmetingen. Een belangrijke factor hierbij is emissiviteit – de mate waarin een materiaal infraroodstraling uitzendt.

🔹 Metalen met een hoge emissiviteit (zoals geoxideerd staal) zijn relatief eenvoudig te meten.
🔹 Sterk reflecterende metalen (zoals gepolijst aluminium of roestvast staal) zijn lastiger, omdat ze weinig infraroodstraling uitzenden en veel reflecteren.

Oplossing voor materialen met een lage emissiviteit

Als je werkt met een materiaal met een lage emissiviteit, is het slim om een sensor te kiezen die meet op een kortere golflengte. Hoe lager de golflengte, hoe hoger de emissiviteit van het metaal in dat bereik, wat zorgt voor nauwkeurigere metingen.

Bijvoorbeeld:

• 1 μm tot 1,6 μm → Geschikt voor staal, koper, en aluminium op hoge temperaturen.
• 7,9 μm → Geschikt voor dunne kunststof coatings en speciale toepassingen.

Stap 3: Welk uitgangssignaal heb je nodig?

Afhankelijk van je proces en besturingssysteem moet de sensor een geschikt outputsignaal hebben. Optris ondersteunt verschillende interfaces, waaronder:

🔹 Analoge signalen: 0-10 V, 4-20 mA – ideaal voor koppeling met PLC’s en industriële regelaars.
🔹 Digitale communicatie: USB, Ethernet, RS232, RS485, Modbus RTU – handig voor software-integratie en datalogging.
🔹 Procesinterface (PIO): Speciaal voor infraroodcamera’s, waarmee ze eenvoudig in productielijnen kunnen worden geïntegreerd.

Voor eenvoudige procesbewaking is een pyrometer met 4-20 mA uitgang vaak voldoende. Voor geavanceerde procescontrole en analyse is een thermische camera met digitale output een betere keuze.

De juiste infraroodsensor maakt het verschil

Temperatuurbeheersing is essentieel bij 3D-metaalprinten. Of je nu kiest voor een pyrometer voor spotmetingen of een thermische camera voor een compleet beeld, de juiste sensor kan het verschil maken tussen een succesvol printproces en een afgekeurd product.

Wil je weten welke infraroodsensor het beste bij jouw toepassing past? Neem contact met ons op – we helpen je graag verder!