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Nachweis der Herstellbarkeit von Bauteilen mittels PBF/L im Hochvakuum

Der Umgebungsdruck hat einen signifikanten Einfluss auf die Verdampfungs­temperatur von Metallen. Mit abnehmendem Umgebungsdruck sinkt daher die zum Erreichen des Tiefschweißeffektes notwendige Laserleistung bzw. Energiedichte. Während beim Laserschweißen bewusst verringerte Umgebungsdrücke eingesetzt werden um den Tiefschweißeffekt mit geringeren Leistungen sowie einem stabilerem Keyhole zu erzielen, gibt es bislang keine positiven Erkenntnisse zum PBF/L unter Vakuum. Dabei verspricht die Anwendung von Vakuum erhebliche Vorteile zur Vermeidung von Oxidationsprozessen .

In dieser Arbeit wird daher die Additive Fertigung mittels PBF/L unter verschiedenen Prozessparametern bei verschiedenen Umgebungsdrücken untersucht. Hierbei zeigt sich, dass mit sinkendem Druck das…

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Der Umgebungsdruck hat einen signifikanten Einfluss auf die Verdampfungs­temperatur von Metallen. Mit abnehmendem Umgebungsdruck sinkt daher die zum Erreichen des Tiefschweißeffektes notwendige Laserleistung bzw. Energiedichte. Während beim Laserschweißen bewusst verringerte Umgebungsdrücke eingesetzt werden um den Tiefschweißeffekt mit geringeren Leistungen sowie einem stabilerem Keyhole zu erzielen, gibt es bislang keine positiven Erkenntnisse zum PBF/L unter Vakuum. Dabei verspricht die Anwendung von Vakuum erhebliche Vorteile zur Vermeidung von Oxidationsprozessen .

In dieser Arbeit wird daher die Additive Fertigung mittels PBF/L unter verschiedenen Prozessparametern bei verschiedenen Umgebungsdrücken untersucht. Hierbei zeigt sich, dass mit sinkendem Druck das Prozessfenster deutlich verringert wird. Testkörper mit einer Dichte von bis zu 89,2 % konnten bei Drücken von 2*10-2 mBar aus 316L erzeugt werden. Die Streckenenergiedichte war für die Erzeugung der im Rahmen dieser Untersuchung dichtesten Werkstoffzustände um 31,19 % und die Volumenenergiedichte um 62,79 % gegenüber dem Vergleichsprozess bei Normaldruck reduziert. Die Analyse der Schliffbilder zeigen vorrangig Bindefehler und Gasporen. Zugproben zeigen eine Festigkeit von bis zu 447 MPa.

Aus den Ergebnissen wird die Hypothese abgeleitet, dass ein PBF/L Prozess umso stabiler ist, je größer das Verhältnis der jeweilige (druckabhängigen) Verdampfungstemperatur zu Bauplattentemperatur ist. Diese Hypothese wird durch zusätzliche Prozessuntersuchungen unter unterschiedlichen Druckverhältnissen und Temperaturen näher untersucht.

Reference
ADD-2023-295

Title
Nachweis der Herstellbarkeit von Bauteilen mittels PBF/L im Hochvakuum
Author(s)
J. Weiser, M. Werz, S. Fritz
DOI
10.48447/ADD-2023-295
Event
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
Year of publication
2023
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
PBF/L,Vakuum,Dichte,Zugfestigkeit