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Korrelation der High Power SLM-Prozessführung mit der Produktivität, Effizienz und den Materialeigenschaften für den Werkstoff Inconel 718

ISBN: 978-3-86359-516-6

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Kurzübersicht

Das additive Fertigungsverfahren Selective Laser Melting (SLM) wird zunehmend genutzt, um komplexe Funktionsbauteile aus dem Werkstoff IN718 endkonturnah zu fertigen. Die bisherigen Untersuchungen zur Verarbeitung von IN718 mit dem SLM Verfahren beschränken sich auf maximale Laserleistungen von PL≤400 W. Zur wirtschaftlichen Nutzung des SLM-Verfahrens besteht werkstoffunabhängig ein großer Bedarf die Aufbauraten VTh signifikant zu steigern. Vor diesem Hintergrund verfolgt die vorliegende Dissertation zwei übergeordnete Ziele: Zum einen die Entwicklung einer HP-SLM Prozessführung für den Werkstoff IN 718 mit Laserleistungen von bis zu PL≤2kW, um höhere Aufbauraten zu erzielen sowie den Einfluss dieser Prozessführung auf die Prozesseffizienz zu ermitteln. Zum anderen sollen Korrelationen zwischen Prozessführung, Erstarrungsbedingungen, Mikrostruktur sowie den mechanischen Eigenschaften erforscht werden.

Korrelation der High Power SLM-Prozessführung mit der Produktivität, Effizienz und den Materialeigenschaften für den Werkstoff Inconel 718

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Details

Das additive Fertigungsverfahren Selective Laser Melting (SLM) wird zunehmend genutzt, um komplexe Funktionsbauteile aus dem Werkstoff IN718 endkonturnah zu fertigen. Die bisherigen Untersuchungen zur Verarbeitung von IN718 mit dem SLM Verfahren beschränken sich auf maximale Laserleistungen von PL≤400 W, wodurch lediglich Aufbauraten von VTh=2-4 mm³/s erreicht werden. Zur wirtschaftlichen Nutzung des SLM-Verfahrens besteht werkstoffunabhängig ein großer Bedarf die Aufbauraten VTh signifikant zu steigern und dadurch größere Stückzahlen in kürzerer Zeit zu fertigen.

Höhere Laserleistungen erfordern eine Anpassung der SLM Prozessführung. Die damit verbundene Anpassung der Verfahrens- (bspw. Scangeschwindigkeit) und Laserstrahlparameter (bspw. Laserstrahldurchmesser) hat einen signifikanten Einfluss auf die Erstarrungsbedingungen im SLM-Prozess und damit auf die Mikrostruktur und die resultierenden Materialeigenschaften. Vor diesem Hintergrund verfolgt die vorliegende Dissertation zwei übergeordnete Ziele: Zum einen die Entwicklung einer HP-SLM Prozessführung für den Werkstoff IN 718 mit Laserleistungen von bis zu PL≤2kW, um höhere Aufbauraten zu erzielen sowie den Einfluss dieser Prozessführung auf die Prozesseffizienz zu ermitteln. Zum anderen sollen Korrelationen zwischen Prozessführung, Erstarrungsbedingungen, Mikrostruktur sowie den mechanischen Eigenschaften erforscht werden.

Im Vergleich zum Stand der Technik wird durch den Einsatz gesteigerter Laserleistungen von PL≤2 kW und durch Anpassung der Verfahrens- sowie Laserstrahlparameter eine Steigerung der theoretischen Aufbaurate von VTh=3,84 mm³/s (Stand der Technik) auf VTh=30 mm³/s erzielt.

Des Weiteren werden die Erstarrungsbedingungen für ermittelten Prozessfenster berechnet und mit der entstehenden Mikrostruktur (Korngröße und -orientierung) und der Schmelzbadgröße sowie der Schmelzbadform für das High Power SLM korreliert.

Die mechanischen Eigenschaften für den statischen (Zugversuch) und dynamischen Lastfall (Dauerschwingversuch) werden ermittelt und mit der Mikrostruktur korreliert und mit den mechanischen Kennwerten nach Norm verglichen (AMS 5662).

Abschließend wird die ermittelte HP-SLM-Prozessführung zur Herstellung eines Demonstrators eingesetzt und die Fertigungszeit im Vergleich zum Stand der Technik bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Fertigungszeit im Vergleich zum Stand der Technik um 28 % gesenkt werden kann.

Zusatzinformation

Autor Bremen, Sebastian Wilhelm
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-516-6
Gewicht 0.290 kg
Erscheinungsdatum 21.07.2017
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