Entwicklung eines Vorgehens zur Bewertung der lokalen Erstarrungsbedingungen mittels Hochgeschwindigkeitskamera für das Pulverbettschmelzen mit Laserstrahl
Holger Hermann Merschroth
Additive Fertigungsverfahren werden branchenübergreifend in der Kleinserienfertigung genutzt, wobei das laserbasierte Pulverbettschmelzen metallischer Werkstoffe im Fokus der industriellen Anwendung steht. Während die Qualität sicherheitskritischer Bauteile derzeit durch zeit- und kostenintensive Prüfverfahren sichergestellt werden, bietet der schichtweise Aufbau der Bauteile, kombiniert mit prozessparallelen Überwachungssystemen das Potential der direkten Qualitätsbewertung. Die Bewertung der Schmelzbaderstarrung als maßgebliche Ursache für die resultierende Mikrostruktur stellt aktuell eine Forschungslücke dar.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Prozessüberwachungskonzept zu entwickeln, das die lokale Bewertung der Erstarrung und folgend eine Abschätzung der Mikrostruktur ermöglicht. Hierfür wird eine Hochgeschwindigkeitskamera genutzt, welche die Prozesszone um das Schemelzbad detektiert. Basierend auf charakteristischen Intensitätswerten, welche die Phasenübergänge fest-flüssig und flüssig-gasförmig beschreiben, wird die Erstarrungslänge ermittelt. Durch die bekannten Temperaturen der Phasenübergänge wird zudem der Tempera-turgradient bestimmt. Die Einflüsse von Prozessparametern, der Position auf der Bauplattform sowie der Scanvektorrichtung werden in die Auswertung einbezogen. Abschließend wird ein lineares Regressionsmodell, mit den Er-starrungsbedingungen als Eingangsgrößen, zur Abschätzung des mittleren Korndurchmessers entlang der Schmelzbahn entwickelt.
Das entwickelte Vorgehen eröffnet neue Möglichkeiten in der Bewertung von Erstarrungsbedingungen und der lokalen Mikrostruktureigenschaften, welche die industriellen Herausforderungen in der Qualitätssicherung durch prozessparallele Überwachungssysteme und der Prozesszertifizierung adressieren.
