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Wednesday, September 21, 2022, TZ 4 und TZ 5 10:30 AM Additive Fertigung - Selektives Laserstrahlschmelzen |
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Hochpräzises, dimensionelles Erfassen des schichtweisen Lagenaufbaus beim selektiven Laserstrahlschmelzen mittels Streifenprojektion |
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Peer Woizeschke / Technische Universität Dortmund / TU Dortmund University, Deutschland Jonas Bartsch / BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH, Deutschland Ralf B. Bergmann/ BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH, Deutschland Raik Dörfert/ BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH, Deutschland Sven Müller/ BIAS - BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH, Deutschland Thorsten Mattulat*/ BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH, Deutschland |
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Das Laserstrahlschmelzen im Pulverbett (PBF-LB/M: Powder Bed Fusion – Laser Beam / Metals; kurz: LPBF für Laser Powder Bed Fusion) ermöglicht die endkonturnahe additive Fertigung metallischer Bauteile komplexer Geometrien. Die Fertigung erfolgt schichtweise durch selektives Auftragen und partielles Umschmelzen dünner Pulverschichten. Aktuell mangelt es an in-line-fähigen Messsystemen, die tatsächlich ein dimensionelles Erfassen sowohl der Pulverbettoberfläche als auch der konsolidierten Bereiche während des 3D-Druckprozesses erlaubt. Ziel des hier vorgestellten Verfahrens zur Qualitätskontrolle ist es daher, den Beschichtungs- und Umschmelzprozess jeder einzelnen Lage quantitativ bewerten und somit Fehlstellen oder Abweichungen frühzeitig erkennen zu können. Neben der Qualitätssicherung soll dies perspektivisch ebenfalls das rechtzeitige Abbrechen des Bauvorgangs oder die Anpassung des Prozesses ermöglichen. Im Rahmen des Projekts „LBM-DimQ“ mit dem Originaltitel "Hochpräzises, dimensionelles Erfassen des schichtweisen Lagenaufbaus beim LBM-Verfahren mit einem neuen Prüfkonzept", welches vom Fachausschuss 13 des DVS seit der Beantragung betreut wurde, wurde die Stereo-Streifenprojektion als Messtechnik zur Prozessüberwachung untersucht. Für eine am BIAS betriebene LPBF-Anlage wurde ein entsprechendes Messsystem entwickelt, konstruiert und umgesetzt, welches sich ohne Modifizierung der Fertigungskammer in die Anlage integrieren lässt. Die Bauplatte der Anlage wird vollständig vom Messfeld des Streifenprojektionssystems abgedeckt. Die strukturierte Beleuchtung (Streifen) der zu messenden Oberfläche erfolgt mittels eines Projektors außerhalb der Baukammer durch ein existierendes Fenster in der Bauraumdecke. Das Stereo-Kamerasystem befindet sich im Bauraum und wird durch eine Abdeckung vor Partikeln, Spitzern und Schmauch geschützt. In den Experimenten wurde kein signifikanter Einfluss der Messgenauigkeit in Folge der thermischen Belastung des Kamerasystems oder ähnlicher Einflussfaktoren festgestellt. Die 3D-Formerfassung erfolgt referenzlos durch Verschneiden von Kamerasichtstrahlen zu korrespondierenden Oberflächenpunkten, die mittels strukturierter Beleuchtung identifiziert werden. Sowohl das Pulverbett nach dem Beschichtungsvorgang und vor dem Schmelzprozess als auch die Oberflächen der Konsolidierungen können vermessen werden. Untersuchungen an verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlichen Parametern sowie Vergleiche mit Röntgen-Computer-Tomographie-Messungen und metallographischen Analysen belegen die Möglichkeiten und Grenzen des Messverfahrens. |