Laserstrahlsintern von Bauteilen: Qualität der Produkte kann verbessert werden
Das Direkte Metall-Laserstrahlsintern (DMLS-Verfahren), ein generatives Fertigungsverfahren, ist technisch nicht vollständig ausgereift. Der Prozess ist teilweise instabil, wofür Wärmespannungen verantwortlich gemacht werden, die durch den Bauprozess eingebracht werden. Infolgedessen kommt es vor, dass sich Schichten von Bauteilen noch während des Aufbauprozesses voneinander trennen. Nach der generativen Fertigung verbleiben Eigenspannungen im Werkstück, die sich bei der Weiterverarbeitung als Verzug bemerkbar machen können. Die Teile verziehen sich, wenn sie z. B. bei einer Infiltration mit Lötwerkstoff thermisch belastet werden.
Die Wärmespannungen sind darauf zurückzuführen, dass der Laserstrahl hohe Energie auf sehr begrenzten Raum einbringt. So entstehen während des Bauprozesses große Temperaturdifferenzen innerhalb des Bauteils. Für ein vertieftes Prozessverständnis ist die Kenntnis dieser Temperaturfelder unverzichtbar.
Um die Abläufe beim Laserstrahlsintern besser zu verstehen, wurde ein numerisch-experimentell gekoppelter Ansatz gewählt. Der Laserstrahlsinterprozess wurde über ein maskroskopisches Finite-Elemente-Modell abgebildet. Das Modell kann den schichtweisen Aufbau und den Energieeintrag durch den Laserstrahl abbilden.
Die numerische Simulation ermöglicht es nun, Prozesseinflussgrößen zu separieren, um die Auswirkungen auf derartige Temperaturverläufe bzw. auf die Eigenspannungsentwicklung zu untersuchen. Dies soll wesentlich dazu beitragen, DMLS-Prozesse zu stabilisieren und zu optimieren.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Prof. Dr.-Ing. Manfred Geiger, Dipl.-Ing. Frank Niebling
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