Laserstrahlschmelzen: Welche Bauteilfehler oft auftreten und warum

• Das Laserstrahlschmelzen ist ein additiver Fertigungsprozess, bei dem pulverförmige Materialien mittels Laser schichtweise zur gewünschten Geometrie verschmolzen werden.
• Eine Reihe von Prozessabweichungen kann zu kritischen Bauteilfehlern führen.
• Wie das geschieht und welche Prozessabweichungen für welche Fehler verantwortlich zeichnen, untersucht ein grenzüberschreitendes Forschungsprojekt.

Das Laserstrahlschmelzen (Laser Beam Melting, LBM) ist eine additive Fertigungstechnologie, bei der pulverförmige Materialien mithilfe eines Lasers schichtweise zu einer gewünschten Geometrie verschmolzen werden. Die Ergebnisqualität derartiger Prozesse ist von vielen komplexen Parametern abhängig, die bei Prozessabweichungen zu kritischen Bauteilfehlern führen können.

Additive Fertigungstechnologie Laserstrahlschmelzen

Im Zuge eines von den ecoplus-Clusterinitiativen Kunststoff und Mechatronik geleiteten COllective Research NETwork (CORNET) untersuchte ein österreichisch-deutsches Forschungsteam mögliche Prozessabweichungen während des LBM-Prozesses, sowie daraus resultierende Bauteilfehler. Das Team, bestehend aus Thomas Schlauf (FOTEC), Max Lutter-Günther (Fraunhofer IGCV) und Claudia Rosenkranz (Fraunhofer IGCV), ist Teil des AM 4 Industry-Projekts, in dem acht namhafte Forschungspartner und 51 Unternehmen aus Österreich, Deutschland und Belgien zwei Jahre an Konzepten für den erfolgreichen industriellen Einsatz additiver Fertigungsverfahren forschten.

Wie sich Prozessabweichungen auf die Bauteilqualität auswirken

Mithilfe einer beim Forschungs- und Technologietransfer Unternehmen FOTEC aufgestellten EOS M280-Laserschmelzanlage, analysierten die Experten systematisch die Auswirkungen unterschiedlichster Prozessabweichungen auf die Bauteilqualität. Das Team unterschied dabei zwischen Bauteil-, Material- und Baufehler, die durch eine der Hauptfehlerquellen Maschine, Material, Prozess oder Mensch verursacht werden. Als häufigste Fehlerarten im Bereich Bauteil- und Materialfehler wurden geometrische Abweichungen, unzureichende Oberflächenqualitäten, Haftfehler und Porosität identifiziert. Im Bereich Baufehler wurde zwischen automatischem Baustopp mit Abfall- oder intakten Teilen sowie manuellem Baustopp zur Verhinderung von Schweißspritzer bei Störungen im Schutzgasstrom unterschieden.

Zur Beurteilung dieser Fehler wurden im Anschluss Zugproben gedruckt, die nach ASTM E-8 parallel zur Prozessüberwachung getestet und in einem LBM-Additive Fertigung Fehlerkatalog verschriftlicht wurden. Der öffentlich zugängliche Fehlerkatalog soll industrielle Anwender bei der erfolgreichen Integration von 3D-Druck Produktionstechnologien unterstützen.

Die zusammenfassenden Projektergebnisse sowie der LBM-Additive Fertigung Fehlerkatalog finden sich auf der Website des Forschungsnetzwerks: www.am4industry.com

Forschungspartner:

• FOTEC – Forschungs- und Technologietransfer GmbH: https://www.fotec.at/
• Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV: https://www.igcv.fraunhofer.de/

Bildquelle: MarinaGrigorivna/shutterstock.com

Ecoplus und FOTEC sind engagierte Mitglieder der Technologieplattform AM-Austria: www.am-austria.com.

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