Die additive Fertigung von geschlossenen Impellern aus Edelstahl 316L mittels Laser Powder Bed Fusion (LPBF) eröffnet neue Perspektiven für die industrielle Anwendung. Eine aktuelle Studie, die auf der Eplus3D Metal Powder Bed Fusion Maschine durchgeführt wurde, untersuchte die Herausforderungen und Prozessparameter, die für eine erfolgreiche Produktion dieser komplexen Bauteile entscheidend sind.
Der Fertigungsprozess geschlossener Impeller stellt hohe Anforderungen an die Geometrie, die Energiezufuhr und die Materialeigenschaften. Die Studie analysierte den Einfluss von Bauwinkeln, Energieparametern und der Oberflächenbeschaffenheit auf die Qualität der gedruckten Teile. Als optimaler Bauwinkel erwies sich ein Wert von 30 Grad, bei dem die besten Ergebnisse hinsichtlich Stabilität und Oberflächengüte erzielt wurden. Bei Bauwinkeln von 0 oder 90 Grad traten vermehrt Defekte auf, die die Funktionalität beeinträchtigen können.
Ein zentrales Ergebnis war die Bedeutung der Energieverteilung zwischen der „in-skin“ und „down-skin“ Zone. Eine Energieverteilung von 80 bis 100 Prozent der „in-skin“ Energiedichte in der „down-skin“ Zone führte zu fehlerfreien Bauteilen. Bei einer zu geringen Energiedichte, etwa 20 Prozent, traten hingegen Schäden und Verbrennungen auf. Die optimale Energiedichte von 55,55 J/mm³ reduzierte die Oberflächenrauheit auf 12,79 µm und minimierte ungeschmolzenes Pulver während des Prozesses.
Die Härtewerte des Impellers lagen zwischen 226 und 233 HV und erreichten ihren Höchstwert bei einer Energiedichte von 41,66 J/mm³. Diese Eigenschaften unterstreichen die Präzision und Anpassungsfähigkeit der LPBF-Technologie, insbesondere bei der Fertigung anspruchsvoller Geometrien wie geschlossenen Impellern.
Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen, dass eine präzise Steuerung der Druckparameter entscheidend für die Qualität und die Wirtschaftlichkeit der Bauteile ist. Die gewonnenen Erkenntnisse bieten eine solide Grundlage für die Weiterentwicklung additiver Fertigungstechniken im industriellen Umfeld.