Was sind die Eigenschaften von Laserstrahlung und wie unterscheiden sie sich von den Eigenschaften
thermischer Lichtquellen?
geringe Divergenz
Monochromatisch
Kohärenz
Explain the difference between spontaneous and stimulated emission.
spontan: Elektron geht spontan von einem angeretn Zustand E2 in zustand E1 über. Photon mit Energie hv = E2- E1 ausgesendet
stimuliert: Photon mit passender Übergangsenergie löst weiteres Photon aus. Beide haben gleiche Frequenz, Phase, Ausbreitungsrichtung und Polarisation
What does an optical resonator do?
ist für optische Rückkopplung zuständig
besteht aus zwei Spiegeln und aktivem Lasermedium
Mit welchen Parametern lässt sich ein Gaußstrahl eindeutig beschreiben?
Skizzieren Sie den Strahlradius entlang der Ausbreitungsrichtung (Strahlkaustik) und kennzeichnen Sie
charakteristische Größen und Asymptoten.
Wenn lamda oder f gegeben:
z0 Strahltaille
zR Rayleigh Länge
w Strahlradius
R Krümmung
Sketch a beam radius w(z) as a function of the propagation length z of a Nd:YAG and of a CO2 laser with matching beam waist in the TEM00 mode.
Laser 1:Co2
Laser 2: Yag
Welchen Einfluss hat die Biegung der Faser auf die Laserstrahlung? Was
passiert, wenn der angegebene maximale Biegeradius überschritten wird? Begründen Sie Ihre Antwort.
Ist die Faser gekrümmt, nimmt der Winkel θ1' im Bereich der Krümmung ab. Die Krümmung der
Faser führt somit zu einer Verringerung der numerischen Apertur (effektiver Akzeptanzwinkel). Bei
kleinen Krümmungsradien wird der Grenzwinkel der Totalreflexion nicht erreicht, und es wird Leistung
aus dem Kern der Faser in den Mantel der Faser ausgekoppelt.
Stellen Sie den zeitlichen Verlauf der Beschleunigung a, der Geschwindigkeit v und der Weglänge s eines
Abtastvektors qualitativ dar! Nehmen Sie eine konstante Spiegelbeschleunigung an! Beachten Sie die Ein- und Ausschaltzeiten
der im Diagramm dargestellten Laserstrahlung!
Create a schematic diagram of a PBF-LB/M system and label all relevant system components.
PBF-LB/M What are the fundamental differences compared to the PBF-EB/M process?
Please (briefly) name the process steps for the laser-based Powder Bed Fusion of metals! What are the fundamental differences compared to the PBF-EB/M process?
1. 3D-CAD model preparation
2. Slicing
3. Machine setup (provide powder material and install substrate plate)
4. The actual PBF-LB/M process is characterized by 3 recurring steps layer by layer:
•Platform lowering and layer application
•Selective layer exposure
•Solidification
5. Powder removal
6. Part removal
7. Cut from substrate plate and post-processing
→ Step 4 differs for the PBF-EB/M process: The actual PBF-EB/M process is characterized by 4 recurring steps layer by layer:
• Platform lowering and layer application
• Layer pre-heating with defocused beam
• Selective layer exposure
• Solidification
Name the most important process parameters for the PBF-LB/M process!
Provide the formula for calculating the theoretical build-up rate 𝑉̇! Calculate the theoretical build-up rate 𝑉̇ of the PBF-LB/M process with the given parameters!
Provide the formula for calculating the energy per volume EV!
Explain the basic principle of the PBF-LB/M process. What are the three main effects that influence melt pool formation
Laser inteagiert mit Metall
Evaporation (Verdunstung)
Entstehung einer Dampfkapillare
What are the two processing modes of the PBF-LB/M? How are they characterized?
What are the most critical types of defects? How do these arise? Name the characteristics, causes and countermeasures!
mangelnde Verschmelzung
Gasporen
Balling Effekt
Risse (heiße Risse und kalte Risse)
theoretische Längsschrumpfung formel
Which deviations (axis and angle deviations) are critical for powder application in PBF-LB/M machines? Mark the relevant deviations in the following sketch!
Name three functions of the shielding gas flow within an PBF process chamber! What needs to be considered with regard to the shielding gas flow during component exposure?
Vermeidung Sauerstoff während des Prozess
Entfernen von verdampftem Material aus der Prozesskammer
Verhindern von Pulver alterung
—> Eine Belichtung entgegen der Strömungsrichtung des Schutzgases muss berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Prozessnebenprodukte das neue Pulverbett bzw. die nachfolgenden Belichtungsbereiche nicht beeinträchtigen
What limits the maximum build-up rate? Why can the energy input not be increased unlimited?
ist von Wärmeübertragungsbedingungen in Werkstück und Pulverbett abhängig
Hardware bedingt:
verfügbare Laserleistung
max AUslenkgeschwindigkeit der Scannerspiegel
What possibilities exist for increasing productivity in the PBF process?
Im Überlappungsbereich bei der Bestrahlung mit mehreren Lasern beeinflussen die Kollision und die Wechselwirkung
zwischen zwei Schmelzbädern das Strömungsverhalten des flüssigen Metalls, begleitet von großen
heißen Flüssigkeitsspritzern, die aus dem Schmelzbad herausgeschleudert werden. Welche Phasen gibt es bei der Wechselwirkung
Damp induzierte Mitreiß Phase
Damp induzierte Rückstoßdruck Phase
How does an increase or decrease of the laser overlap affect the productivity?
What possibilities exist for beam shaping?
1. Based on Multi-Plane Light Conversion (MPLC)
2. Basierend auf dem Störungsmechanismus der Faser → Die Ausgangsleistung wird gezielt zwischen dem Single-Mode-Kern und dem Ringkern aufgeteilt
Which components are necessary for the AFX laser to shape the beam in contrast to the MPLC approach?
What advantages can be achieved when using the AFX laser?
1. Reduced vapor pressure and minimized heat affected zone → reduced spatter and soot through Beam Shaping
2. Optimized tuning of beam size and shape → maximize productivity
3. Rapid beam switching, on-the-fly
4. True single mode for high resolution
Which process parameters influence the quality and characteristics of the component and in which way? Please color the corresponding arrows.
What is the difference between the exposure of upskin and downskin surfaces? What are the characteristics of each surface? Show schematically the influence of the component's angle of inclination on the stair step effect in each surface.
Intensitätsverteilung eines Gaußstrahls formel?
unterschied heiß und kalt risse
Was ist der Balling Effekt?
Merkmale:
Die Form des Schmelzbads kann nicht aufrechterhalten werden → Unterbrochene Schmelzspuren (sphärisch zusammengezogene Schmelze)
Ursachen:
Instabile Prozessbedingungen aufgrund einer hohen Abtastgeschwindigkeit bei gegebener Laserleistung
• Kapillare Instabilität, wenn die Oberfläche des Schmelzbads größer ist als eine Kugel mit demselben Volumen
und die Viskosität zu gering ist
• Schlechte Benetzbarkeit → Die sphärische Form senkt die Energie durch Verringerung der Oberflächenenergie
Übersetzt mit DeepL.com (kostenlose Version)
Explain the stair step effect. Name measures by which the stair step effect can be reduced.
-Error already occurs during data preparation
▪ Effect occurs in upskin and downskin surfaces
▪ The larger DS and the smaller α are selected, the larger the stair step to the next layer
▪ The steps lead to a rough component surface
➔ Main influencing factors: powder layer thickness, angle of the component surface to the powder bed, CAD model quality
➔ Measures to reduce the stair effect: Part orientation so that the largest proportion of the part surface is oriented in the direction of build-up; small layer thicknesses (Reduction of DS )
Zeichne den sTaircase effekt
hat is the difference between the exposure of upskin and downskin surfaces? What are the characteristics of each surface? Show schematically the influence of the component's angle of inclination on the stair step effect in each surface.
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