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Charakterisierung von Porositäten in Sintermetallen mit 3D-Röntgencomputertomographie zur Ermittlung optimaler Fertigungsparameter beim selektiven Laserschmelzen

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B. Plank - Charakterisierung von Porositäten in Sintermetallen mit 3D-Röntgencomputertomographie zur Ermittlung optimaler Fertigungsparameter beim selektiven Laserschmelzen - Master/Diploma Thesis, FH OÖ Fakultät Wels, Österreich, 2008, pp. 161

Abstract:

Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Porositäten in Sintermetallen mittels 3D-Röntgencomputertomographie (CT) und der Parameteroptimierung einer Anlage für das selektive Laserschmelzen (SLM), die für „Rapid Tooling“ eingesetzt wird. Die untersuchten Proben wurden aus Stahlpulver, welches der Werkstoffnummer 1.4404 (X2CrNiMo17-12-2) entspricht, Schicht für Schicht mittels SLM generiert. Bei der Fertigung können die Lasergeschwindigkeit, der Fokusdurchmesser, die Überlappung, die Schraffurart und die Schichtdicke als einzelne Parameter variiert werden, welche die Bauteilporositäten maßgeblich beeinflussen. Die Proben wurden mit zwei Lasertypen, einem Nd:YAG und einem Faser-Laser hergestellt. Die Porosität wurde indirekt über die gravimetrische Dichtebestimmung nach dem Archimedischen Prinzip und direkt mittels CT bestimmt. Bei der CT handelt es sich um eine zerstörungsfreie Methode die mittels Röntgenstrahlung und einem entsprechenden Rekonstruktionsalgorithmus in relativ kurzer Zeit innere Bauteil- inhomogenitäten wie z.B. Risse, Lunker, Poren, Materialübergänge und Dichteunterschiede erfassen und dreidimensional darstellen kann. Als Ergebnis dieser Arbeit konnte anhand der CT-Datenauswertung sowie für die gravimetrische Dichtebestimmung ein fertigungsparameterabhängiger Dichteverlauf in den unterschiedlichen Proben festgestellt werden. Auf Basis der CT-Ergebnisse erfolgten 3D-Darstellungen der inneren Porenstrukturen, welche mittels metallographischen Zielpräparationen verifiziert wurden. Die Genauigkeit der CT-Auswertung liegt absolut betrachtet bei etwa ±0,5 % Porosität, was umgerechnet auf die Bauteildichte des verwendeten Materials ±0,04 g/cm³ bedeutet. Beim Vergleich der Dichtebestimmung mittels CT mit der gravimetrischen Dichtebestimmung wurden Abweichung von ±0,027 g/cm³ beobachtet. Für den Nd:YAG-Laser wurde mit optimierten Parametern eine Dichte von 7,903 g/cm³ und mit dem Faser-Laser eine Dichte von 7,864 g/cm³ erreicht. Zur weiteren Optimierung des SLM-Prozesses muss überprüft werden, wie die Erkenntnisse aus dieser Arbeit auf ein anderes Material übertragen werden können. Außerdem soll untersucht werden, wie sich die höheren Dichten auf Werkstoffeigenschaften wie der Bruchdehnung und der Zähigkeit auswirken.