Eigenspannungen und Verzüge im Strahlschmelzprozess - Untersuchung der verschiedenen Einflüsse und Maßnahmen zur Reduzierung: Schlussbericht zum DVS-Vorhaben 13.003, IGF-Vorhaben 17184 BG

Ziel des Forschungsvorhabens war die wissenschaftlich-technisch fundierte Erarbeitung eines Konzeptes zur Reduzierung von Bauteil-Eigenspannungen und -verzügen im Laserstrahlschmelzprozess. Auf Basis von FE-Simulationen und experimentellen Untersuchungen wurden optimierte Prozessparameter für die Werkstoffe AlSi10Mg (Aluminiumgusslegierung) und NiCr22Fe18Mo (Nickelbasislegierung Hastelloy® X) entwickelt. Für die Simulationen wurden Ersatzmodelle in der Software Simufact.welding aufgebaut, die es ermöglichten, Prozessparameter, wie beispielsweise unterschiedliche Belichtungsstrategien, hinsichtlich der resultierenden Eigenspannungen und Verzüge zu beurteilen. Die experimentellen Untersuchungen erfolgten anhand einer verzugsanfälligen Probekörpergeometrie (Kragbalken/Cantilever), welche auf kommerziellen Laserstrahlschmelzanlagen der Typen M2 Cusing (Hersteller: Concept Laser GmbH) und EOSINT M 270 (Hersteller: EOS GmbH) hergestellt wurden. Für die Eigenspannungsmessung wurde Röntgendiffraktometrie und für die Verzugsmessung optische 3D-Messtechnik eingesetzt. Neben der Entwicklung spezifischer Belichtungsstrategien erfolgten Untersuchungen zu verschiedenen Supportstrukturen sowie zu einzelnen Pulverschichteigenschaften (Schichtstärke und Korngrößenverteilung) für beide Werkstoffe. Die optimierten Prozessparameter wurden abschließend auf reale Bauteilgeometrien (Demonstratoren) übertragen. Im Vergleich zu den Ausgangs-Prozessparametern konnten die Verzüge um bis zu 63 % reduziert werden. Ein weiterer Projektbestandteil umfasste die Entwicklung einer In-situ-Strahlungsheizung. Damit kann die Prozessgrundtemperatur in der Einflusszone des Lasers gezielt eingestellt werden, um die im Prozess auftretenden Temperaturgradienten im Sinne einer Spannungsminimierung reduzieren zu können. Die Strahlungsheizung wurde als universelles, nachrüstbares System mit autarker Steuer- und Regelungstechnik entwickelt. Das IGF-Vorhaben 17184 BG / 1 der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V. des DVS, Aachener Straße 172, 40223 Düsseldorf wurde über die AiF von 09/2012 bis 12/2014 im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert