Prozesseigenschaften von Metall-L-PBF
Prozesseigenschaften von L-PBF
Hochpräzise und vollständig dichte Teile
Metall-Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) ist in der Lage, qualitativ hochwertige Teile herzustellen und wird heute branchenübergreifend für ein breites Anwendungsspektrum eingesetzt.
Dieser Abschnitt gibt einen Überblick über die wichtigsten Prozessmerkmale.
Was Sie in diesem Abschnitt finden
Designrichtlinien
Hohe Gestaltungsfreiheit, die nur durch Stützstrukturen eingeschränkt wird
Bei der Konstruktion von Teilen, die mit der L-PBF-Technologie hergestellt werden, müssen mehrere Grundsätze beachtet werden. Überhängende Strukturen müssen durch Stützstrukturen verstrebt werden, um die Wärmeableitung zu ermöglichen und Verformungen der Teile durch innere Spannungen zu vermeiden.
Horizontale Löcher oder Kanäle müssen ebenfalls abgestützt oder tropfenförmig gestaltet werden, um Überhänge zu vermeiden. Minimale Wandstärke depends on the optical resolution of the machine and parameter set. In general, a wall-thickness of more than 1 mm is recommended.
Theoretisch ist das maximale Teilegröße depends only on the build volume of the machines and is in the range of several decimeters in all directions for standard machines up to >1m for large-scale machines. In practice, process stability and resulting residual stresses in massive metal parts have to be considered and may limit the component size.
Beim Entwurf eines Teils für L-PBF können die in diesem Kapitel vorgestellten Richtlinien als allgemeine Faustregel für Designer dienen. Wenn es dann zum eigentlichen Druck des Teils kommt, müssen maschinen- und prozessbezogene Aspekte berücksichtigt werden, die zusätzliche Gestaltungsfreiheit bieten oder Einschränkungen mit sich bringen können.
Materialien
Materialvielfalt beim Laser Powder Bed Fusion
Für L-PBF ist eine große Auswahl an Legierungen erhältlich. Die wichtigste Voraussetzung ist eine gute Schweißbarkeit. Darüber hinaus muss das Material als Pulver mit geeigneter Partikelgrößenverteilung vorliegen. Die Partikelgrößen-Verteilung ist system- und prozessspezifisch und variiert zwischen etwa 20 µm und 60 µm. Durch eine Anpassung der Prozessparameter sind sowohl größere als auch feinere Pulverfraktionen möglich. Sehr feine Pulverfraktionen neigen bei der Handhabung und Beschichtung aufgrund extrem feiner Staubpartikel in der Verteilung zur Agglomeration und sollten vermieden werden.
Typische mit L-PBF verarbeitete Legierungen sind Ti-6Al-4V, CoCr, Edel- und Werkzeugstähle, Nickelbasis-legierungen, Aluminiumlegierungen und auch Edelmetalle. Hochreines Kupfer lässt sich mit heutigen Maschinensystemen nur schwer verarbeiten, da die verfügbaren Laserwellenlängen nur schlecht absorbiert werden.
Materialeigenschaften
Laser Powder Bed Fusion mit hohen Materialeigenschaften
Parts fabricated with L-PBF technology exhibit similar properties as parts fabricated with conventional methods. Parts usually exceed a density of 99.7 % by far. However, the surface is rather rough due to staircase effects or adhering powder particles. Functional surfaces typically require post processing to decrease surface roughness.
Durch hohe Temperaturgradienten beim Abkühlen entsteht im Bauteil ein feinkörniges Gefüge. Im Vergleich zu herkömmlichen Materialeigenschaften weist L-PBF allgemein statische mechanische Eigenschaften mit sehr hoher Festigkeit auf. Es ist ein sprödes Verhalten mit relativ geringer Bruchdehnung zu beobachten. Durch gängige Wärmebehandlungen können die Materialeigenschaften beliebig beeinflusst werden.
Die Ermüdungsbeständigkeit hängt stark von der Oberflächenqualität, dh Oberflächenfehlern, und der Restporosität ab. Teile weisen eine gute Ermüdungsfestigkeit auf, wenn durch die Nachbearbeitung eine hohe Oberflächenqualität erreicht wird und die Restporosität durch heißisostatisches Pressen (HIP) reduziert wird.
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