Ad-Proc-Add: Institut für Fertigungstechnik und Hochleistung-lasertechnik an der TU Wien optimiert Prozessparameter für Pulverbett-Druckverfahren

Im Rahmen des Ad-Proc-Add Projekts des ecoplus Mechatronik-Cluster in Niederösterreich erforschte das Institut für Fertigungstechnik und Photonische Technologien (IFT) an der TU Wien optimale Prozessparameter für Pulverbett-Druckverfahren, um dichte und hochwertige Bauteile herzustellen. Das Forschungsteam entwickelte und validierte eine zuverlässige, kostengünstige Methode zur Parameteroptimierung sowie einen Ansatz zur Parametertransformation, der die Übertragung von SLM-Prozessparametern zwischen verschiedenen Maschinen ermöglicht. Die gewonnenen Ergebnisse wurden der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

Pulverbett-Druckverfahren weisen neben bekannten Vorteilen auch zahlreiche Herausforderungen auf, um Bauteile mit hoher Materialdichte herzustellen und das Risiko von Mikrorissen, die im Laufe des Lebenszyklus zu Bauteilversagen führen können, zu minimieren. Im Rahmen des überbetrieblichen Kooperationsprojekts Ad-Proc-Add untersuchten Dipl.-Ing. Dimitrii Nikolaev und Dipl.-Ing. Ismail Yavuz unter der Leitung von Univ.-Prof. Dr. Friedrich Bleicher den Einfluss verschiedener Prozessparameter (z.B. Scan-Geschwindigkeit, Aufbaurate, Laserleistung, Bauteilausrichtung) auf die additive Prozesstechnologie, um dichte und qualitativ hochwertige gedruckte Bauteile gewährleisten zu können.

Im Rahmen eines definierten Design of Experiments (DoE) wurden mittels einer Test-Teilgeometrie (Bild) verschiedene Pulvermaterialien, Prozessparameter und Nachbehandlungstechnologien analysiert, um eine zuverlässige, kostengünstige und maschinenunabhängige Methode zur Parameteroptimierung für bestehende oder neue Pulvermaterialien zu entwickeln. Diese Methode basiert auf einer mehrstufigen iterativen Untersuchung der relativen Dichte gedruckter Proben und zielt auf eine Optimierung von mindestens 99% ab. Eine weitere Optimierung erwies sich als weniger zuverlässig, da lokale Prozessbedingungen stärker ins Gewicht fallen als feinere Parameteranpassungen. Der Workflow kann jedoch in reduzierter Form angewendet werden, um Maschinen- und Pulverleistung zu bewerten oder eine schnelle Einschätzung zur möglichen Parameteroptimierung zu liefern.

Des Weiteren wurde auch ein Parametertransformation-Ansatz entwickelt, der geeignet ist, gegebene SLM-Prozessparameter von einer bestimmten Maschine auf einen anderen Maschinentyp oder Hersteller zu übertragen. Der Transformationsansatz berücksichtigt die wesentlichen Unterschiede der Ausrüstung und Prozessumgebung, um ein ähnliches Erscheinungsbild der isolierten Schweißnaht zu erreichen und so zwei unterschiedliche Prozesssituationen anzupassen und Umrechnungskoeffizienten für ausgewählte Parameter bereitzustellen. Eine weitere Parameteroptimierungsstudie kann anschließend in Betracht gezogen werden.

Beide Methoden wurden in Studien validiert, die für die Parameteroptimierung im wissenschaftlichen und industriellen Konsortium des AdProcAdd-Projekts durchgeführt wurden. Neben der Parameteroptimierung wurde bestätigt, dass eine Zwischenbehandlung des Werkstücks mit heißisostatischem Pressen eine beträchtliche Möglichkeit zur Erhöhung der relativen Dichte der LPBF additiv gefertigten Komponenten darstellt.

Die gewonnenen Erkenntnisse unterstützen System- und Serviceanbieter dabei, neue Produkte mit erweiterten Funktionalitäten zu entwickeln und ermöglichen Endanwendern, ASM-Prozessketten mit höherer Produktivität sowie gesteigerter ökonomischer und ökologischer Effizienz umzusetzen.

Weitere Informationen finden sich auch auf der Projektwebseite unter www.ad-proc-add.eu.

Ansprechpartner

DI Benjamin Losert, Projektmanager Mechatronik-Cluster ecoplus.
Niederösterreichs Wirtschaftsagentur GmbH
Niederösterreich-Ring 2, Haus A, 3100 St. Pölten
E-Mail: b.losert@ecoplus.at, Tel.: +43 2742 9000-19669

Über ecoplus
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