In-situ-Legierungsvariation beim pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Anastasiya Tönjes; Professor Dr.-Ing. Peer Woizeschke
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455584331

Durch die In-situ-Legierungsvariation beim pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen (engl.: Laser Powder Bed Fusion – LPBF) zur Generierung variabel auflegierter Proben bei gleichem Ausgangsmaterial innerhalb eines Fertigungsprozesses soll eine äußerst flexible Methode zur Legierungsentwicklung oder zur Erzeugung gradierter Werkstoffe bereitgestellt werden. Mit dieser Methode soll es möglich sein sowohl homogene Proben mit gezielt eingestelltem Legierungsgehalt als auch gradierte Proben mit niedrig- und höherlegierten Bereichen herstellen zu können. Das Vorhaben basiert auf dem Ansatz eines kombinierten Verfahrens aus Suspensionsdrucktechnik und Laserstrahl(um)schmelzen im Pulverbett. Als Legierungselement dient zunächst aufgrund seiner hohen Wirksamkeit Kohlenstoff, welches mittels Suspensionen über einen Druckkopf während des Prozesses zugeführt wird. Zur effizienten lokalen Homogenisierung der Legierungszusammensetzung nach dem Zuführen der zusätzlichen Kohlenstoffmenge soll ein Ansatz basierend auf der Methode des Laser-Tieflegierens angewandt werden. Die flexible Einbringung des Kohlenstoffs mittels Suspensionsauftrag soll nach dem Umschmelzen einer Pulverlage und vor dem Aufbringen der nächsten Pulverlage stattfinden. Die aufgebrachte Kohlenstoffmenge soll getrocknet, (fixiert) und in unterschiedlicher Tiefe zur Homogenisierung umgeschmolzen werden. Der Tieflegierprozess soll es ermöglichen, mehrere standardmäßig konsolidierte Pulverlagen hinsichtlich des Kohlenstoffgehalts gleichzeitig zu homogenisieren, sodass die erforderliche Prozessdauererhöhung gegenüber dem Standard-LPBF-Verfahren minimiert wird. Die Haupteinflussmechanismen auf die Homogenität sollen auf Basis von Strömungssimulationen und experimentellen Daten identifiziert, verstanden und vorhergesagt werden. Die Einflussfaktoren werden hauptsächlich in den stark ausgeprägten Schmelzbadströmungen bei Keyhole-Prozessen, in möglichen Diffusionsprozessen infolge der Wärmeakkumulation in den vorherigen Bauteillagen über einen andauernden Prozess sowie in der Ausbildung von Schmelzespritzern und Gasströmungen gesehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Axel von Hehl; Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen