Homogenisierung lokaler Prozesscharakteristika für das Laserstrahlschmelzen

Das Laserstrahlschmelzen bietet aufgrund verfahrensbedingter konstruktiver Möglichkeiten Gewichtseinsparungen im Betrieb eines Triebwerks und infolgedessen enormes Potential für zukünftige Triebwerksgenerationen. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einfluss lokaler Prozesscharakteristika des Laserstrahlschmelzens auf rissinitiierende Bauteilcharakteristika identifiziert, mittels Regressionsmodellen evaluiert und auf Basis von Prozess- und Anlagenadaptionen homogenisiert.

Das Laserstrahlschmelzen (englisch: Powder Bed Fusion of Metal with Laser Beam, PBF LB/M) ist eines der serienmäßig verwendeten additiven Verfahren für die Fertigung komplexer Triebwerkskomponenten. Verfahrensbedingte konstruktive Möglichkeiten bieten Gewichtseinsparungen im Betrieb des Triebwerks und infolgedessen enormes Potential für zukünftige Triebwerksgenerationen. Prämisse für die Verwendbarkeit von PBF LB/M Bauteilen in Luftfahrtanwendungen sind reproduzierbare und bauraumpositionsunabhängige Bauteilcharakteristika, wie beispielsweise die Dichte oder die Oberflächenrauheit, die nur eingeschränkt gewährleistet werden können. So können lokale Veränderungen innerhalb der Prozesscharakteristika, wie beispielsweise der Energieeinkopplung, des Pulverauftrages oder der Schutzgasströmung, eine Beeinflussung rissinitiierender Bauteilcharakteristika bewirken, wodurch das Ermüdungsverhalten beeinträchtigt wird. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einfluss lokaler Prozesscharakteristika auf rissinitiierende Bauteilcharakteristika identifiziert, evaluiert und mittels Prozess- und Anlagenadaptionen beeinflusst. Während anfangs die Prozesscharakteristika mittels einer Homogenitätsanalyse hinsichtlich ihrer Bauraumpositionsabhängigkeit bewertet werden, erfolgt anschließend die jeweilige Einflussevaluation der Bauteilcharakteristika mittels Regressionsmodellen. Auf Basis der Erkenntnisse wird eine Synthese von Homogenisierungskonzepten inklusive der dazugehörigen konstruktiven Ausgestaltung durchgeführt. Abschließend werden die Veränderungen der Prozesscharakteristika durch die verwendeten Homogenisierungskonzepte quantifiziert und die Regressionsmodelle mit den Messergebnissen validiert.