Untersuchung der Einfluss-Wirk-Zusammenhänge beim Powder Bed Fusion von Einzelspuren, Schichten und Volumenkörpern

Grundlegende Untersuchungen der Einfluss-Wirk-Zusammenhänge zwischen versch. Einflussgrößen/Verfahrensparametern und der Ausprägung von Einzelspuren, -schichten und Volumenkörpern werden beim Laser Powder Bed Fusion (LPBF) für AlSi10Mg, IN718 und 1.4404 auf zwei LPBF-Anlagen durchgeführt. Die Analyse von Einzelspuren zeigt auf Einzelschichten und Volumenkörper übertragbare Ergebnisse, die zur Verbesserung der Oberflächenqualität und Dichte von Volumenkörpern führen können.

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In der vorliegenden Arbeit werden grundlegende Untersuchungen der Einfluss-Wirk-Zusammenhänge zwischen verschiedenen Einflussgrößen/Verfahrensparametern und der Ausprägung von Einzelspuren, Einzelschichten und Volumenkörpern beim Powder Bed Fusion of Metal with Laser Beam (PBF-LB/M-Prozess, in der Arbeit abgekürzt als PBF-Prozess bezeichnet) vorgenommen. Die Ausprägung der untersuchten Einzelspuren wird dabei durch geometrische Größen (wie z. B. Abmessungen und Gleichmäßigkeit der Schmelzspur) charakterisiert. Zum Bewerten dieser Größen wird der sog. Stabilitätsfaktor eingeführt. Die Möglichkeiten zur Korrelation zwischen diesen Größen und den Qualitätsmerkmalen der Einzelschichten und Volumenkörper wie die Oberflächenrauheit (Einzelschichten) sowie die Oberflächenrauheit und die Dichte (Volumenkörper) werden untersucht. Daraus ergibt sich die übergeordnete Forschungsfrage, ob durch diese Untersuchungen Maßnahmen zur Verbesserung der Oberflächenqualität und der Dichte von PBF-Volumenkörpern abgeleitet werden können.Zur Untersuchung dieser übergeordneten Frage werden folgende fünf Forschungsfragen beantwortet:1. Inwieweit werden Qualitätskenngrößen wie Rauheit und Dichte von PBF-Volumenkörpern durch die Einzelschmelzspurbildung beeinflusst?2. Welche Einflussgrößen/Verfahrensparameter sind für die Abweichungen von einer idealen Schmelzspur (konstante Umschmelzgeometrie entlang der gesamten Spurlänge) relevant und wie wirken sich diese Einflussgrößen auf die Schmelzspurbildung aus?3. Wie wirken sich verschiedene Werkstoffeigenschaften auf die Schmelzspurbildung aus? 4. Wie und inwiefern lassen sich die Ergebnisse für Einzelspuren auf Einzelschichten und Volumenkörper übertragen?5. Inwiefern kann das Anwenden der Stabilitätsfaktoren und daraus resultierende Ergebnisse von einer PBF-Anlage auf eine andere Anlage übertragen werden?Zu Beantwortung dieser Fragen werden für die drei Werkstoffe AlSi10Mg, IN718 und 1.4404 und zwei PBF-Anlagen (PBF-Laboranlage und kommerzielle SLM280 HL-Anlage) Untersuchungen von Einzelspuren, Einzelschichten und Würfeln durchgeführt. Dabei zeigt die Arbeit, dass die Analyse von Einzelspuren Erkenntnisse liefert, die auf Einzelschichten und Volumenkörper übertragbar sind und zur Verbesserung der Oberflächenqualität und Dichte von Volumenkörpern führen können.