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Untersuchung des Drahtsystems zur Prozessstabilisierung für das drahtbasierte Laserauftragschweißen in der additiven Fertigung

ISBN: 978-3-86359-706-1

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Kurzübersicht

Eine systematische und wissenschaftliche Betrachtung des Drahtsystems zur Prozessstabilisierung des LMD-W-Prozesses existiert nicht. Das Ziel der Arbeit ist daher die Entwicklung eines Prozesserklärungsmodells des Drahtsystems zur Prozessstabilisierung des LMD-W-Prozesses für die additive Fertigung. Mit Hilfe experimenteller Prozessanalyse und dem darauf aufbauenden Prozesserklärungsmodell, unter Berücksichtigung der Wirkzusammenhänge von Drahtförderung und Prozessgrößen, können vorhersagbare Schweißergebnisse erreicht werden.

Untersuchung des Drahtsystems zur Prozessstabilisierung für das drahtbasierte Laserauftragschweißen in der additiven Fertigung

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Details

Das wachsende Interesse der produzierenden Industrie an additiver Fertigung führt zu einem schnell wachsenden Markt unterschiedlicher additiver Fertigungsverfahren. Trotz neuer Heraus-forderungen, wie z. B. der schichtweisen Generierung und der zeitaufwendigen Fertigung von Bauteilen, sorgt das gezielte Einbringen bzw. Aufschmelzen von Werkstoffen in Pulver- oder Drahtform für eine effiziente Nutzung der verwendeten Werkstoffe und eine hohe Bauteileffekti-vität. Feine Pulverpartikel, wie diese beim LPBF zum Einsatz kommen, können jedoch für den Men-schen bei fehlerhaftem Umgang gefährlich werden. Daher ist das drahtbasierte Laserauftrag-schweißen (LMD-W) eine vielversprechende Alternative für die additive Fertigung.
Bisherige Untersuchungen zeigten die prinzipielle Verwendungsmöglichkeit des LMD-W-Prozesses für die additive Fertigung. Eine systematische und wissenschaftliche Betrachtung zur Prozesssta-bilisierung des LMD-W-Prozesses fehlt. Insbesondere das Drahtsystem, das maßgeblich zum Erfolg der additiven Fertigung von Bauteilen beiträgt, wurde vernachlässigt.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Entwicklung eines Prozesserklärungsmodells des Drahtsystems zur Prozessstabilisierung des LMD-W-Prozesses für die additive Fertigung. Mithilfe einer experimentellen Prozessanalyse wurden die wichtigsten Prozessgrößen ermittelt und das Drahtsystem untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass letzteres durch die Drahtart, den Förder-weg und seine Biegungen, Reibungswiderstände und die Aufbaustrategie beeinflusst werden kann. Um vorhersagbare Schweißergebnisse zu erzielen, wurde darauf aufbauend ein Prozesser-klärungsmodell für die Drahtzuführung entwickelt, um fehlerfreie Bauteile additiv fertigen zu kön-nen. Dabei wurden auch die Wirkzusammenhänge zwischen der Drahtförderung und den Pro-zessgrößen berücksichtigt. Als Werkstoff kam Inconel 718 zum Einsatz.
Mit den gewonnenen Erkenntnissen und zur Validierung des Prozesserklärungsmodells wurden Demonstratoren gefertigt. Der Prozess war jederzeit stabil und reproduzierbar, sodass auch feh-lerfreie Bauteile ohne Poren entstanden. Anschließende Untersuchungen der Gefüge- und Mikro-struktur sowie der mechanischen Festigkeit fielen ebenfalls positiv aus. Auch die Anwendung des Modells auf Ti6Al4V angewandt zeigte erneut stabile und fehlerfreie Demonstratoren.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen das Potenzial des LMD-W-Prozesses für die additive Fertigung von metallischen Bauteilen. Mithilfe des Prozesserklärungsmodells können der Prozess und das Maschinensystem so ausgelegt werden, dass gerichtete Drähte ohne jegliche Verformung und damit unter vorhersagbaren Bedingungen zum Schmelzbad geführt werden. Dies ist die Grundvoraussetzung für die Prozessstabilisierung des drahtbasierten Laserauftragschweißens in der additiven Fertigung.

Zusatzinformation

Autor Klingbeil, Nils
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-706-1
Gewicht 0.292 kg
Erscheinungsdatum 08.04.2019
Lieferzeit 3-4 Tage
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