Plastometrex: Eindruckprüfung als Alternative zu Testproben bei Metall-AM-Bauteilen

Plastometrex gibt an, dass die Hälfte seiner Kunden in der additiven Fertigung und im Verteidigungsbereich tätig ist. Sie messen Streck- und Zugfestigkeit per Eindruckverfahren, ohne Testproben zu drucken. Das Verfahren ist inzwischen in ASTM E3499-25 beschrieben, was die Skepsis konservativer Fertigungsingenieure mindern dürfte. Der CTO berichtet zudem von Eigenschaftsschwankungen von 15 bis fast 20 Prozent bei Metall-AM-Bauteilen, selbst bei bester Praxis.

Kontext Die Streckgrenze ist die Spannung, ab der sich ein Metall bleibend verformt, die Zugfestigkeit die maximale Spannung vor dem Bruch. Ein reiner Härtetest liefert die Streckgrenze nicht.

Wie funktioniert die profilometriebasierte Eindruckplastometrie?

Der PIP-Test beginnt wie ein Härtetest: Unter definierter Last wird ein Eindruck im Metall erzeugt und das Oberflächenprofil vermessen. Ein Finite-Elemente-Modell simuliert denselben Test und passt die Werkstoffeigenschaften, darunter Streckgrenze und Verfestigung, so lange an, bis die simulierte Form kaum noch von der gemessenen abweicht. Die Eigenschaften, die zur Form passen, gelten als Eigenschaften des Werkstoffs. Das Modell läuft lokal auf der Hardware von Plastometrex.

Das Unternehmen entstand aus der Doktorarbeit von CTO Jimmy Campbell an der University of Cambridge und bietet Labormaschinen und Feldgeräte an. Die Feldgeräte wurden zunächst für die Öl- und Gasindustrie entwickelt, um Stahlsorten in Rohrleitungen ohne Laborproben zu bestätigen.

Warum passt das Verfahren zur Metall-AM?

Laut Campbell arbeiten rund 50 Prozent der Kunden in der additiven Fertigung und/oder im Verteidigungsbereich, von der frühen Materialentwicklung bis zur Qualitätskontrolle am Einsatzort, wo sich Testproben nicht drucken und ins Labor schicken lassen. Metall-AM-Maschinen haben Dutzende oder Hunderte Parameter, hinzu kommen Umgebungs- und Pulverschwankungen. Campbell berichtet von 15 oder fast 20 Prozent Schwankung der Eigenschaften bei Pulverbett- und Direct-Energy-Deposition-Verfahren, selbst bei bester Praxis. Die Prüfung mehrerer Bereiche eines Bauteils zeige Abweichungen, die zuvor unentdeckt blieben.

In einer Fallstudie mit der British Army und Meltio zeigte ein gedrucktes Ersatz-Bremspedal für einen Land Rover einen leichten Anstieg der Streckgrenze und einen deutlichen Anstieg der Zugfestigkeit. Ein Härtetest allein hätte die Streckgrenze nicht geliefert.

Wie wird die Trägheit gegenüber einem neuen Prüfverfahren überwunden?

Plastometrex begann mit Laborgeräten für Hochschulen und F&E, wo Normung weniger zwingend ist, und gewann Vorreiter wie Nikon und Renishaw. Nikon steuerte eine Studie bei, die Zug- und PIP-Prüfung an gedruckten Metallen vergleicht. Gemeinsam mit Airbus, Renishaw und dem National Physical Laboratory half das Unternehmen, das Verfahren zu validieren und in ASTM E3499-25 zu überführen, als auditfähige Alternative zur Zugprüfung. Campbell beschreibt die Normung als Henne-Ei-Problem: Gremien wollen kommerzielle Nutzung sehen, Käufer wollen eine Norm.

Was das bedeutet

Für Hersteller, die Metall-AM einführen, ist die Qualifizierung oft der größere Kostenblock als das Drucken selbst, und Testproben kosten Zeit und Material, besonders bei Ersatzteilen vor Ort. Ein genormtes Verfahren, das Streck- und Zugfestigkeit am echten Bauteil bestimmt, könnte Freigabeschritte verkürzen. Die genannte Streuung von 15 bis 20 Prozent zeigt, dass eine einzelne Probe ein ganzes Bauteil womöglich nicht abbildet. Kleine und mittlere Betriebe sollten prüfen, ob Kunden und Auditoren ASTM E3499-25 für ihre Anwendung akzeptieren.

Häufige Fragen

Was misst der PIP-Test, was ein Härtetest nicht liefert?

Er liefert Streckgrenze und Spannungs-Dehnungs-Verhalten, woraus sich die Zugfestigkeit ergibt. Ein Härtetest erlaubt nur über Umrechnung einen ungefähren Zugfestigkeitswert.

Ist der PIP-Test genormt?

Ja. Plastometrex, Nikon, Airbus, Renishaw und das National Physical Laboratory halfen bei der Formulierung von ASTM E3499-25, die PIP als Alternative zur Zugprüfung anerkennt.

Warum ist das für gedruckte Ersatzteile relevant?

Am Einsatzort lassen sich Testproben nicht immer drucken und ins Labor schicken. Die Prüfung am Bauteil selbst, wie beim Bremspedal mit British Army und Meltio, erspart diesen Schritt.