InsighT
In-situ Absorbance Measurement for High Throughput Process Window Identification in PBF-LB/M
Die Materialvielfalt im Bereich des pulverbettbasierten Schmelzens von Metallen mittels Laser (engl. Powder Bed Fusion of Metals using laser beam, PBF-LB/M) ist derzeit immer noch strak limitiert. Ein Grund hierfür ist die kosten- und zeitintensive Qualifizierung neuartiger Materialien. Dies geht mit dem mehrstufigen und sequenziellen Qualifizierungsprozess neuer Werkstoffe einher. Zunächst erfolgen aufwendige PBFLB/ M Versuchsreihen unter Variation bekannter Prozesseinflussgrößen und im Anschluss werden die hergestellten Testgeometrien der Bauteilprüfung unterzogen, um die geeigneten Parameter für eine qualitativ hochwertige Produktion zu ermitteln. Dieser experimentelle Ansatz für die Materialqualifizierung ist unumgänglich, da die hochdynamische und komplexe Wechselwirkung zwischen Laser und Material eine analytische Modellierung des Produktionsprozesses nicht zulässt. Der Zeit- und Kostentreiber bei der Qualifizierung neuer Werkstoffe sind neben den PBF-LB/M Versuchen vor allem die nachgeschaltete Prüfung der Bauteile. Diese notwendigen Bauteiltests lassen sich durch gezielte Sammlung und Auswertung von in-situ Prozessinformationen reduzieren. Das InsighT Projekt erforscht Lösungen zur Identifikation von material- und prozessparameterabhängigen Prozessregimen durch in-situ-Messung des Absorptionsverhaltens. Darüber hinaus soll die Stabilität des Absorptionssignals mit einer stabilen Laser-Material-Wechselwirkung und damit mit einem stabilen Prozess in Verbindung gebracht werden. Die Signalanalyse ist einfach zu automatisieren, wodurch die Materialqualifizierung in Echtzeit erfolgen kann. Der untersuchte Hochdurchsatzansatz verspricht eine schnelle und kosteneffiziente Möglichkeit, Materialien für PBF-LB/M zu qualifizieren. Dies trägt dazu bei, neue Werkstoffe in die Industrie einzuführen und ermöglicht die Herstellung von Teilen aus auf die Anwendung zugeschnittenen Materialien.
Custom self-build test rig to facilitate flexible parameter changes under various conditions
Video
Ergebnisse
Example of visible correlation (marked in yellow) between integrating sphere signal peaks and surface irregularities for 500 W and 500 mm/s
Combined visualization of the reference integrating sphere boxplot at the top, the assignment of the parameter specific prevailing process regime in the middle, and corresponding exemplary micrograph images at the bottom for 100 W to 600W at 500 mm/s
Example of the spatially mapped integrating sphere signal at 500 W and 750 mm/s
Leitung des Forschungsprojekts
- Katrin Wudy
- Mikkel Pedersen
Forschende
- Moritz Wittemer
- Jonas Grünewald
- Simon Sankare