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Experimentelle und numerische Untersuchung des Einflusses von Prozessparametern beim LPBF auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von AISI 316L

Der Laser Powder Bed Fusion Prozess (LPBF) zeichnet sich durch eine Vielzahl von Prozessparametern aus, die einen wesentlichen Einfluss auf das Prozessergebnis aufweisen. Wichtige Prozessparameter sind z.B. die Laserleistung, die Scangeschwindigkeit, der Hatch-Abstand und der Fokusdurchmesser des Laserstrahls. Diese können in einem weiten Bereich variiert werden, wodurch sich die Erstarrungsbedingungen im LPBF-Prozess verändern, was sich wiederum auf das Gefüge des Werkstoffs auswirkt.

Das Ziel dieser Untersuchung ist die Charakterisierung des Einflusses der Prozessparameter im LPBF-Prozess auf die Ausbildung der Mikrostruktur sowie auf die mechanischen Eigenschaften für Probenmaterial mit einer hohen relativen Dichte für den Werkstoff AISI 316L. Für die Ermittlung der…

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Der Laser Powder Bed Fusion Prozess (LPBF) zeichnet sich durch eine Vielzahl von Prozessparametern aus, die einen wesentlichen Einfluss auf das Prozessergebnis aufweisen. Wichtige Prozessparameter sind z.B. die Laserleistung, die Scangeschwindigkeit, der Hatch-Abstand und der Fokusdurchmesser des Laserstrahls. Diese können in einem weiten Bereich variiert werden, wodurch sich die Erstarrungsbedingungen im LPBF-Prozess verändern, was sich wiederum auf das Gefüge des Werkstoffs auswirkt.

Das Ziel dieser Untersuchung ist die Charakterisierung des Einflusses der Prozessparameter im LPBF-Prozess auf die Ausbildung der Mikrostruktur sowie auf die mechanischen Eigenschaften für Probenmaterial mit einer hohen relativen Dichte für den Werkstoff AISI 316L. Für die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften werden Zugversuche und Härteprüfungen durchgeführt. Die Mikrostruktur wird durch die Bestimmung der relativen Dichte, des Deltaferritgehalts sowie der Vermessung der Dendritenarmabstände und der Schmelzbadabmessungen charakterisiert. Bei den numerischen Untersuchungen wird mithilfe der Phasenfeldmethode die in den Experimenten beobachtete Ausbildung der Mikrostruktur simuliert, mit dem Ziel die Dendritenarmabstände anhand der Erstarrungsbedingungen vorhersagen zu können. Mithilfe der Phasenfeldsimulationen wird ermittelt, in welchem Ausmaß die Erstarrungsbedingungen durch die Prozessparameter beeinflusst werden können. Es zeigt sich in den Experimenten ein moderater Einfluss der Prozessparameter auf den mittleren Dendritenarmabstand, dieser kann mit dem numerischen Modell für unterschiedliche Prozessparameter abgebildet werden. Im Anschluss wird die Wechselwirkung zwischen den Prozessparametern, der Mikrostruktur und den mechanischen Eigenschaften beschrieben und diskutiert.

Reference
ADD-2023-288

Title
Experimentelle und numerische Untersuchung des Einflusses von Prozessparametern beim LPBF auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von AISI 316L
Author(s)
S. Sewalski, M. Käß, M. Werz, S. Weihe
DOI
10.48447/ADD-2023-288
Event
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
Year of publication
2023
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
Additive Fertigung,LPBF,Mechanische Eigenschaften,Mikrostruktur,Phasenfeldsimulation