Neue Entdeckungen zur Minimierung der Materialverschlechterung bei Directed Energy Deposition

Die Directed Energy Deposition ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Materialien in einem schichtweisen Prozess geschmolzen und auf Oberflächen und in die gewünschten Formen gebracht werden. Forschende der Queen Mary University of London haben jetzt im Rahmen einer Studie eine Entdeckung gemacht, die für eine Minimierung der Materialverschlechterung bei dem Prozess sorgen könnte.

Die Studie, die in-situ Röntgenbildgebung mit Multiphysik-Modellierung kombiniert, identifiziert fünf Mechanismen, die zur Porenbildung, -bewegung und -wachstum beitragen:

• Eindringen von Blasen aus gasatomisiertem Pulver in den Schmelzpool, mit zirkulärer oder lateraler Migration.
• Kleine Blasen können von der Oberfläche des Pools entweichen, zu größeren Blasen verschmelzen oder durch Erstarrungsfronten eingeschlossen werden.
• Größere zusammengeführte Blasen können lange im Pool verbleiben, getrieben durch die Grenzfläche zwischen festem und flüssigem Material.
• Die Marangoni-Oberflächenscherspannung überwindet die Auftriebskraft, was verhindert, dass größere Blasen austreten.
• Sobald große Blasen kritische Größen erreichen, entkommen sie von der Pooloberfläche oder werden in DED-Spuren gefangen.

Diese Erkenntnisse ermöglichen die Entwicklung von Strategien zur Minimierung der Porosität, was innovative Regenerations- und Reparaturtechnologien vorantreiben könnte.

“Dieses Wissen ist entscheidend, um das volle Potenzial von DED zu erschließen. Durch die Minimierung der Porosität können wir die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen verbessern, was DED zu einer praktikablen Option für sicherheitskritische Anwendungen macht und letztlich zur Herstellung stärkerer, sicherer und zuverlässigerer Bauteile in verschiedenen Branchen führt”, so Dr. Chinnapat Panwisawas, Senior Lecturer in Materials and Solid Mechanics an der Queen Mary’s School of Engineering and Materials Science.

Die Studie ist das Ergebnis einer internationalen Zusammenarbeit mit Institutionen wie dem University College London, dem Research Complex at Harwell (UK), dem ESRF-The European Synchrotron (Frankreich), der RMIT (Australien), dem Diamond Light Source (UK), Rolls Royce plc (UK) und der Universität Shimane (Japan).