Relation of Particle Motion and Process Zone Formation as a Basis for Sensing Approaches within PBF-LB/M

Beschreibung

Aufgrund seiner industriellen Anwendbarkeit stellt das Laserstrahlschmelzen von Metallen im Pulverbett ein vielversprechendes Fertigungsverfahren für die Produktion der Zukunft dar. Das selektive und schichtweise Aufschmelzen einer Pulverschicht eröffnet im Vergleich zu konventionellen Verfahren eine größere Gestaltungsfreiheit. Lokale Prozessabweichungen können jedoch die Bauteileigenschaften beeinflussen und daher sind entsprechende Sensoren zur Erfassung dieser für einen breiteren industriellen Einsatz notwendig.
In dieser Arbeit werden Korrelationen zwischen den Eigenschaften von Spritzerpartikeln zur mikroskopischen Ausformung der Prozesszone untersucht. Hierfür wird zunächst eine Methode zur Partikelverfolgung entwickelt, welche es erlaubt die Trajektorien der einzelnen Partikel zeitlich und räumlich aufzulösen. Die statistischen Eigenschaften der Partikel werden mit Prozessuntersuchungen abgeglichen, wodurch ihre Korrelation zu verdampfungsgetriebenen Mechanismen innerhalb der Prozesszone ersichtlich wird. Anschließend wird die Anwendbarkeit der Korrelationen zur Quantifizierung mikroskopischer Prozesszonenmerkmale untersucht, sowie der Einfluss sich ändernder Prozessbedingungen auf die identifizierten Beziehungen. Durch eine prototypische Umsetzung mittels Parallelisierung der Datenverarbeitung und der Spezifizierung auf Basis der Messergebnisse wird abschließend die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf einen industriell einsetzbaren Sensoransatz demonstriert.