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Entwicklung eines Buildprozessors mit innovativen Aufbaustrategien zur Optimierung der additiven Fertigung im selektiven Laserstrahlverfahren (PBF-LB\M)

Die additive Fertigung von metallischen Bauteilen im Pulverbettverfahren bietet eine große Anzahl an geometrischen und prozesstechnischen Freiheitsgraden. So werden typischerweise die Prozessparameter Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Hatchabstand auf statische Scanpfade angepasst um akzeptable Bauteileigenschaften zu erhalten. Bislang werden jedoch komplexen Wechselwirkungen von Geometrie und Aufbaustrategie hinsichtlich des Temperaturfelds, der Schmelzbadausprägung und somit entstehenden Bauteileigenschaften nicht komplett aufeinander abgestimmt. Dies liegt daran, dass kommerzielle Buildprozessoren zwar eine Vielzahl unterschiedlichster Parameter zur Planung der Scanvektoren erfordern, hierbei jedoch keine lokale Anpassung unter Berücksichtigung der Geometrie erfolgt.  Dafür…

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Die additive Fertigung von metallischen Bauteilen im Pulverbettverfahren bietet eine große Anzahl an geometrischen und prozesstechnischen Freiheitsgraden. So werden typischerweise die Prozessparameter Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Hatchabstand auf statische Scanpfade angepasst um akzeptable Bauteileigenschaften zu erhalten. Bislang werden jedoch komplexen Wechselwirkungen von Geometrie und Aufbaustrategie hinsichtlich des Temperaturfelds, der Schmelzbadausprägung und somit entstehenden Bauteileigenschaften nicht komplett aufeinander abgestimmt. Dies liegt daran, dass kommerzielle Buildprozessoren zwar eine Vielzahl unterschiedlichster Parameter zur Planung der Scanvektoren erfordern, hierbei jedoch keine lokale Anpassung unter Berücksichtigung der Geometrie erfolgt.  Dafür sind gänzlich neue Aufbaustrategien notwendig, wie sie in keinem kommerziellen Buildprozessor generiert werden können.

Als Werkzeug für die Entwicklung und Erprobung neuer Aufbaustrategien entwickelt die MPA ihre eigene Buildprozessorsoftware.

Mit dieser Software wurden neue Aufbaustrategien entwickelt und implementiert. Hierzu gehören z.B. Scanmuster die Lösungen partieller Differentialgleichungen auf der jeweiligen Schnittebene nutzen um geometrische Besonderheiten zu berücksichtigen, als auch auf Basis weiterer mathematischer Methoden.  Das Ziel hierbei ist es die Temperaturverteilungen in jeder Schicht zu verbessern, wodurch zuverlässig Bauteile mit hoher Dichte und geringem Verzug gefertigt werden können.

Erste Untersuchungen zeigen, dass der Buildprozessors zukünftig auch höhere geometrische Auflösungen ermöglicht kann, indem die besonderen physikalischen Effekte des Laserstrahlschweißens genutzt werden.

Ein Teil der Software und die darin entwickelten Funktionen werden vorgestellt.

Reference
ADD-2023-271

Title
Entwicklung eines Buildprozessors mit innovativen Aufbaustrategien zur Optimierung der additiven Fertigung im selektiven Laserstrahlverfahren (PBF-LB\M)
Author(s)
R. Hofmann, M. Werz, M. Käß
DOI
10.48447/ADD-2023-271
Event
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
Year of publication
2023
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
PBF-LB\M,Buildprozessor,Aufbaustrategien,Scanstrategien,Software