Qualitätsprüfung für das Pulverbett im selektiven Laserschmelzprozess

Dieses Buch soll darüber Aufschluss geben, wie die Qualität des Pulverbetts erfasst und ausgewertet werden kann und wie dies Rückschlüsse auf die Prozessfähigkeit im Pulverschichtauftrag und die resultierende Fertigungsqualität im Herstellungsprozess erlaubt. Innerhalb der dafür durchgeführten Forschungsarbeit wurde ein Streifenlichtprojektionssystem für die 3D-topographische Erfassung des Pulverbetts und ein Prüfstand für die hersteller- und anlagenunabhängige Abbildung der gängigen Schichtauftragsprozesse im selektiven Laserschmelzen entwickelt. Mithilfe eines mehrstufigen methodischen Ansatzes zur Verarbeitung und Analyse der hochauflösenden Bilddaten des Pulverbetts konnten die vielfältigen charakteristischen Eigenschaften der Pulverbettoberfläche anhand von verschiedenen Fehlerbildern im Schichtauftrag identifiziert, klassifiziert und bewertet werden. Auf Grundlage dieser Pulverbettanalytik wurde ex-situ auf dem Prüfstand eine vollfaktorielle Untersuchung der prioritären Prozessparameter im Pulverschichtauftragsprozess (Auftragsprinzip, Auftragselement, Auftragsgeschwindigkeit, Pulverschichtdicke) durchgeführt, um die Auswirkungen der unterschiedlichen Stellgrößen wissenschaftlich zu untersuchen. Anhand der Ergebnisse der Analyse wurde ein Parameterfenster identifiziert, welches eine höhere Prozessfähigkeit und damit letztlich eine gesteigerte Produktivität im Prozess bewirken kann. Die identifizierten Parameterfenster wurden im Anschluss durch In-situ-Versuche vollfaktoriell untersucht und die Ergebnisse durch nachgelagerte Prüfungen der gefertigten Probekörper validiert. Der ganzheitliche Ansatz der entwickelten Messtechnik zur Pulverbettüberwachung und die automatisierte Auswertung der Messdaten wurden abschließend auf die Übertragbarkeit in den industriellen Maßstab im Rahmen einer Potenzialanalyse betrachtet und bewertet. Es konnte für die Nutzer und Hersteller von Anlagentechnik des selektiven Laserschmelzens von Metallen nachgewiesen werden, dass die Prozessfähigkeit des Pulverschichtauftrags in unterschiedlichem Maße in Abhängigkeit der prioritären Stellgrößen im Auftragsprozess steht und gewissen Trends folgt, die in vorteilhafter Weise für die Ausgestaltung des Prozesses genutzt werden können. Hierfür wurden im Rahmen der Untersuchungen für die Aluminiumlegierung AlSi10Mg mehrere Prozessparameterkombinationen für eine erhöhte Produktivität und einen stabilen Prozess validiert. Zudem wurde als Ergebnis der Potenzialanalyse die Eignung der Streifenlichtprojektion als Messtechnik für die Pulverbetterfassung und prozessbegleitende Überwachung im industriellen Maßstab aller heutigen Anlagengrößenklassen von PBF-LB/M-Anlagentechnik demonstriert.