Zum Laserstrahlschmelzen von Polyamid 12 -
Analyse zeitabhängiger Einflüsse in der
Prozessführung

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Maximilian Drexler

Die Herstellung von Bauteilen durch schichtweises Aufschmelzen von Kunststoffpulvern vereint komplexe Fragestellungen zu den Teilprozessen des Materialauftrags, der laserbasierten Energieeinbringung und der Werkstoffkonsolidierung. Für diese Teilprozesse bestehen aktuell idealisierte Modellvorstellungen, welche die realen Vorgänge der Bauteilgenerierung nicht in Gänze durchgängig abbilden. So werden Strahlschmelzprozesse, im Speziellen die Belichtung, beispielsweise anhand der eingebrachten Energiedichte ausgelegt. In Voruntersuchungen konnte mittels thermoanalytischer Methoden gezeigt werden, dass neben der eingebrachten Energiemenge auch deren zeitliche Verteilung, also die Einbringungsgeschwindigkeit, einen Einfluss auf das Temperaturfeld im verarbeiteten Werkstoffsystem hat. Dies beeinflusst die Schmelzbadausbildung während der Belichtung wie auch die sich einstellenden Heiz- und Kühlraten beim Pulverauftragsprozess. Hieraus resultieren variierende Bauteileigenschaften, insbesondere bei einer Beschleunigung einzelner Teilprozesse, trotz formal gleicher Prozessenergien.

Im Rahmen dieser Arbeit werden die geschwindigkeitsabhängigen Prozesseinflüsse in den Teilprozessen Belichtung und Pulverauftrag sowie deren Wechselwirkungen analysiert. Hierbei werden sowohl Prozessgrößen in der Strahlschmelzverarbeitung von Polyamid 12, z. B. die Dimensionen des bei der Belichtung erzeugten Schmelzbads oder der im Bauraum vorliegenden Packungsdichten des Pulverwerkstoffs, als auch die resultierenden Bauteileigenschaften erforscht. So wird eine durchgängige ebenenübergreifende Effektdarstellung und Interpretation ermöglicht.

Es ergeben sich im Hinblick auf eine Beschleunigung der linienweisen Bauteilbelichtung limitierende Tendenzen in Bezug auf die im Prozess ausgebildeten Temperaturfelder bzw. die daraus resultierende Größe des Schmelzbads. Der Pulverauftrag zeigt sich im vorliegenden Versuchsaufbau, eine ausreichend hohe Rieselfähigkeit des Werkstoffes vorausgesetzt, als vergleichsweise robust gegenüber einer Beschleunigung. Die Arbeit zeigt neue Einflussparameter zur Prozessführung auf, welche es ermöglichen, bisher bestehende Prozesslimitationen, wie unzureichend reproduzierbare Bauteileigenschaften, zu überwinden und zu einer weiteren Etablierung des additiven Strahlschmelzverfahrens im industriellen Einsatz beizutragen. Darüber hinaus bieten erweiterte geschwindigkeitsabhängige Prozessstrategien Möglichkeiten für eine Erzielung lokal-gradierter Bauteileigenschaften.

Seiten: 150

ISBN: 978-3-931864-69-9

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Lydia Lanzl, M.Sc.