Untersuchung des Einflusses von Pulvermischungen auf die produktions- und werkstofftechnischen Aspekte im Laser Powder Bed Fusion

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Haase; Professor Dr.-Ing. Johannes Henrich Schleifenbaum
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495170078

Das Additive Manufacturing (AM) stellt eine Schlüsseltechnologie für die individualisierte und ressourceneffiziente Produktion von funktionalen Bauteilen dar. Eines der wichtigsten AM-Verfahren ist das Laser Powder Bed Fusion (LPBF), das die schichtweise Fertigung metallischer Bauteile in einem Pulverbett erlaubt. Zum heutigen Zeitpunkt kann das Potenzial der LPBF-Technologie jedoch nicht vollständig ausgeschöpft werden, da insbesondere bei der Entwicklung LPBF-gerechter Werkstoffe starker Nachholbedarf besteht. So werden aktuell zumeist Werkstoffe verarbeitet, die für konventionelle Gieß- oder Schmiedeprozesse entwickelt wurden, wie bspw. 1.4404, AlSi10Mg, Ti6Al4V oder Inconel 718. Prozessinhärente Bedingungen, wie extrem hohe Aufheiz- und Kühlraten beim LPBF (ca. 10^6 K/s), werden noch nicht gezielt bei der Entwicklung neuer Werkstoffe berücksichtigt und genutzt. Folgerichtig müssen neue Ansätze erarbeitet werden, die eine agile und effiziente Entwicklung neuer LPBF-Werkstoffe ermöglichen. Einen neuen Ansatz stellt die Legierungsherstellung und Legierungsanpassung durch das Mischen unterschiedlicher vorlegierter und/oder elementarer Pulver dar. Das Mischen der Pulver ermöglicht eine schnelle und flexible Anpassung der Legierungszusammensetzung ohne die Notwendigkeit separater Pulververdüsungen. In eigenen Vorarbeiten konnte die prinzipielle Anwendbarkeit von Pulvermischungen im LPBF-Prozess zur Anpassung der mechanischen Eigenschaften über die chemische Zusammensetzung von Werkstücken gezeigt werden. grundlegende Untersuchungen des Verhaltens von Pulvermischungen entlang der LPBF-Prozesskette (Pulvermischen – Beschichten – Aufschmelzen – Erstarren) und der Vergleich von chemisch äquivalenten vorlegierten Pulvern sind jedoch notwendig. Bei der Verwendung von Pulvermischungen treten jedoch Herausforderungen (z. B. unvollständiges Aufschmelzen bestimmter Partikelsorten) auf, die insbesondere auf Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften der einzelnen Pulverarten (bspw. Dichte, Absorptionskoeffizient) sowie Größe und Morphologie der Pulverpartikel zurückzuführen sind. Um die Anwendbarkeit von Pulvermischungen für die Legierungsentwicklung zu validieren, müssen die Auswirkungen dieser Unterschiede und einer ggf. auftretenden Entmischung der Pulver in einzelnen Prozessschritten entlang der LPBF-Prozesskette auf Mikrostruktur, chemische Homogenität und mechanische Eigenschaften des verwendeten Werkstoffs noch systematisch untersucht und verstanden werden. Zum jetzigen Zeitpunkt ist der Einfluss von Pulvereigenschaften auf Prozess und resultierende Werkstückeigenschaften in Pulvermischungen unerforscht. Diese Wissenslücke soll durch das hier beantragte Vorhaben geschlossen werden und der Vergleich mit dem Stand der Technik (Verwendung von vorlegierten Pulvern) gezogen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen