Im Rahmen der Voruntersuchungen für ein neues Materialsystem führen Sie einzelne Scans über mehrere Schichten hinweg durch, um einzelne Spuren hinsichtlich ihrer Schmelzbadbildung zu bewerten. Die beiden variierten Eingangsgrößen sind die Laserleistung und die Abtastgeschwindigkeit.
a) In welche Richtung würden Sie die beiden Größen ändern, wenn Sie sich das folgende Bild ansehen?
b) Welcher Effekt lässt sich beobachten und was sind die physikalischen Ursachen dafür?
a) Laserleistung erhöhen; Abtastgeschwindigkeit verringern
b) Balling-Effekt/Plateau-Rayleigh-Instabilität
→ Bildung von Kugeln/Tröpfchen, um einen Zustand minimaler Energie zu erreichen. Gleichgewicht zwischen Oberflächenspannung, Viskosität des Schmelzbads und Größe des Schmelzbads = 1
Sie möchten komplexe Bauteile herstellen. Deren Parameter sind bereits hinsichtlich der relativen Materialdichte optimiert. Bei der Herstellung Ihrer Bauteile beobachten Sie Linien in einzelnen Schichtbereichen, die sich um den gesamten Umfang des Bauteils herum erstrecken. Zudem lassen sich Risse an der Verbindung zur Trägerplatte feststellen.
a.) Welcher Effekt führt zu diesem Fehlerbild?
b.) Wie lässt sich dies quantitativ bestimmen?
c.) Nennen Sie einen Lösungsansatz und einen Wirkmechanismus, um diesen Effekt zu verringern.
a) Thermische Eigenspannungen entstehen aufgrund des Temperaturgradienten im Bauteil. Diese sind prozessbedingt und hängen stark vom Werkstoff ab.
b) Auslegerversuche, Doppelausleger
c) Vorwärmen des Bauteilraums – Verringerung des Temperaturgradienten
Sie erhalten eine neue Pulvercharge für Ihre Produktionsanlagen und stellen bei einem ersten Test fest, dass Ihr Pulverauftrag nicht homogen ist. Bislang hatten Sie mit diesem Material noch keine Probleme. Ihre Pulverbeschichtungsanlage zieht das Pulver an einzelnen Punkten von der Substratplatte ab.
a) Mit welcher Prozessüberwachung können Sie dies automatisch erkennen?
b) Welche Qualitätsmerkmale Ihres Pulvers eignen sich für eine genauere Untersuchung im Rahmen der Ursachenforschung? Nennen Sie mindestens drei.
c) Nennen Sie zwei mögliche Lösungen, um das Pulver trotz dieses Problems zu verwenden oder aufzubereiten.
a) Schichtsteuerungssystem
b) Fließfähigkeit, Pulverfeuchte, Schüttdichte, Korngrößenverteilung, Kornform, chemische Zusammensetzung, …
c) Je nach Ursache: Pulvertrocknung; Luftsieben oder Sieben des Pulvers, Oxidation bzw. Desoxidation des Pulvers, Vorbehandlung / Aufrauen / Sandstrahlen der Trägerplatte, Austausch der Beschichtungswerkzeuge
Nennen Sie die fünf Schritte des Prozessentwicklungsprozesses für das PBF-LB/M und nennen Sie für jeden einzelnen Schritt ein Ziel.
Um die allgemeine Verarbeitbarkeit oder Schweißbarkeit eines neuen Pulverwerkstoffs zu bestimmen, werden in der Regel im ersten Schritt einzelne Schweißnähte hergestellt.
Welche Kennwerte werden zur Bewertung der Schweißnähte herangezogen?
Charakteristische Kennwerte zur Bewertung von Schweißspuren
1. Tiefe der Schmelzspur
2. Breite der Schmelzspur
3. Stabilität der Schmelzspur
a. Durchgehende Schmelzlinie
b. Unterbrochene Schmelzspur
Nennen Sie zwei charakteristische Werte zur Beurteilung der Fließfähigkeit von Pulvermaterialien.
1. Lawinenwinkel (RPA)
2. Oberflächenfraktal (RPA)
3. Schüttdichte (Hall-Durchflussmesser)
4. Durchflusszeit für ein bestimmtes Volumen durch den Hall-Durchflussmesser
Nennen Sie die Schritte zur Bestimmung der relativen Dichte der Bauteile von Prüfkörpern, die mittels PBF-LB/M hergestellt wurden.
1. Abtrennen der Proben von der Bauplattform mit Hammer und Meißel oder einer Bandsäge.
2. Trennen der Proben entlang der zu untersuchenden Trennebene.
3. Einbetten der abgetrennten Proben in ein Einbettmaterial (aus Bakelit von Hexion).
4. Schleifen der eingebetteten Proben unter schrittweiser Erhöhung der Körnung des Schleifpapiers und abschließendes Polieren der eingebetteten Proben mit Poliertüchern und Diamantsuspension
.
5. Untersuchung der polierten Probenoberfläche unter dem Lichtmikroskop hinsichtlich
a. der relativen Dichte der Bestandteile / Porosität (softwaregestützte Hell-Dunkel-Differenzierung/ Schwellenwertmethode).
b. Größe, Form, Anzahl und Verteilung von Defekten oder Poren.
Auf den Lichtmikroskopaufnahmen der PBF-LB/M-Prüfkörper sind die unten abgebildeten Fehler zu erkennen, die zu einer geringen Bauteildichte führen. Nennen Sie die Fehlerarten und nennen Sie mindestens eine Gegenmaßnahme, um den Fehler zu vermeiden oder zu verringern.
Welche gemeinsamen Merkmale werden bei der AM-Messung im Rahmen der In-situ-Überwachung erfasst?
Während des PBF-LB/M-Prozesses stellen Sie eine hohe Spritzbildung fest. Was könnte die Ursache dafür sein? Mit welcher Methode zur Prozessüberwachung vor Ort könnten Sie Ihre Beobachtung überprüfen?
Eine mögliche Ursache könnte ein fehlender Schutzgasstrom sein.
Zur Überprüfung dieser Beobachtung könnte die Schattenbildaufnahme mit einer Hochgeschwindigkeitskamera herangezogen werden.
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