Home Forschung & Bildung LLNL entwickelt Plan zur Reduzierung von Fehlern beim 3D-Metalldruck

LLNL entwickelt Plan zur Reduzierung von Fehlern beim 3D-Metalldruck

Ein Forschungsteam am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hat einen Plan zur Minimierung von Fehlern in Teilen entwickelt, die mit lasergestützten Metall 3D-Druck hergestellt wurden. Die Strategie, die in Zusammenarbeit mit dem Air Force Research Laboratory (AFRL) durchgeführt wurde, wurde unter Verwendung der hochauflösenden Computersimulationsfähigkeiten des Labors und der ultraschnellen Röntgenbildgebung konzipiert.

Bei den laserbasierten Pulverbettschmelzverfahren werden Teile hergestellt, indem ein Laserstrahl ausgestoßen wird, der Metallpulver Schicht für Schicht selektiv schmilzt, bis ein Teil gebaut ist. Seit es dieses Verfahren gibt, arbeiten Forschungsteams und Hersteller von 3D-Druckern daran, es durch Software- und Hardware-Updates weiterzuentwickeln, um die Qualität der Teile und die Prozesskonsistenz zu verbessern. LLNL hat kürzlich einen Durchbruch an beiden Fronten erzielt.

In Forschungsarbeiten, die vom LLNL durchgeführt und kürzlich in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden, legte das Team eine bisher unbekannte Dynamik innerhalb der LPBF offen, bei der der Prozess “Spritzer” produziert. Wie das Forschungsteam erklärt, bestehen “Spritzer” aus kleinen Partikeln oder Clustern von Pulverteilchen, die aus der Bahn des Lasers ausgestoßen werden und wieder auf den Teilen landen können. Dieses Phänomen kann zur Bildung von Poren oder Defekten in den Endteilen führen. Nachdem die Wechselwirkungen zwischen den Spritzern entdeckt wurden, machte sich das LLNL-Team daran, diese besser zu verstehen und eine Lösung zu finden.

Mit Hilfe eines digitalen Zwillings-Computermodells führte das Team virtuelle Experimente von Konstruktionen im Mikromaßstab durch. Diese Simulationen wurden dann mit experimentellen Daten verglichen, die mit Hochgeschwindigkeits-Röntgenstrahlen und optischer Bildgebung unter LPBF-AM-Bedingungen erfasst wurden. Dieser Vergleich ermöglichte es dem Team, ein Stabilitätskriterium und eine “Leistungskarte” zu erstellen, die dazu beitragen könnten, die durch Spritzer verursachten Defekte zu minimieren.

Die Leistungskarte ist eine Scantechnik, die im Wesentlichen die Leistungsabgabe des Lasers entlang der Laserführung anpasst, um das Schmelzbad zu stabilisieren. Dieser Ansatz bildet die Grundlage des “intelligenten Feed-Forward”-Designprozesses des LLNL, der fortschrittliche Modellierung und Simulation mit experimenteller Analyse kombiniert, so dass 3D-Drucker effizienter und weniger fehleranfällig werden können.

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