Adaptives Laser Powder Bed Fusion der Titanlegierung TiAl6V4

Mit dem LBPF-Verfahren ist die Fertigung nahezu beliebig komplexer Bauteile möglich. Die LPBF-Prozessführung nach Stand der Technik ist dabei weitgehend statisch und berücksichtigt nur in geringem Maße die zu fertigende Bauteilgeometrie. Durch die in dieser Arbeit entwickelte adaptive LPBF-Prozessführung werden die Prozessparameter dynamisch an die zu fertigende Bauteilgeometrie sowie die Anforderungen des Anwenders angepasst, um Bauteilqualität, Prozessrobustheit und Produktivität zu steigern.

Beim Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Verfahren werden metallische Bauteile schichtweise durch das selektive Umschmelzen von Metallpulver mittels Laserstrahlung gefertigt. Während aufgrund des additiven Fertigungsprinzips Bauteile von nahezu unbegrenzter Komplexität herstellbar sind, sind die LPBF-Prozessführungsstrategien nach Stand der Technik weitgehend statisch und berücksichtigen nur in geringem Maße die zu fertigende Bauteilgeometrie. Dies resultiert in der Praxis in lokal variierenden Prozessbedingungen mit Defiziten in Bauteilqualität, Prozessrobustheit, Einschränkungen in der Designfreiheit wie z.B. die Notwendigkeit von Stützstrukturen sowie einer relativ kleinen Aufbaurate. In der vorliegenden Arbeit werden am Beispiel der Titanlegierung TiAl6V4 die Defizite der konventionellen LPBF-Prozessführung aufgezeigt und auf dieser Basis eine adaptive LPBF-Prozessführung entwickelt, bei der die LPBF-Prozessparameter wie z.B. die Laserleistung geometriespezifisch lokal angepasst werden. Durch die adaptive LPBF-Prozessführung werden ohne Veränderungen der Anlagenhardware lokale Materialüberhöhungen und unerwünschte Abweichungen der Schmelzbaddimensionen vermieden, Probekörper mit Überhangwinkeln von bis zu 10° stützenfrei gefertigt und die reale Aufbaurate um über 20 % gesteigert. Zudem werden die für die adaptive LPBF-Prozessführung notwendigen Anpassungen an der Anlagen- und Steuerungstechnik identifiziert und umgesetzt. Durch die Entwicklung eines Software-Demonstrators zur Generierung der Baudaten wird die Übertragbarkeit der adaptiven LPBF-Prozessführung auf komplexe Bauteile demonstriert.