Laser Powder Bed Fusion von Magnesiumlegierungen

Jauer, Lucas; Poprawe, Reinhart; Gebhardt, Andreas

doi:10.18154/RWTH-2019-00868

Laser Powder Bed Fusion von Magnesiumlegierungen = Laser powder bed fusion of magnesium alloys

Jauer, Lucas^RWTH*

2018 & 2019

VerantwortlichkeitsangabeLucas Jauer

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2018

Umfang1 Online-Ressource (II, 165 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-86359-682-8

ReiheErgebnisse aus der Lasertechnik

Dissertation, RWTH Aachen University, 2018

Druckausgabe: 2018. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2019

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Poprawe, Reinhart (Thesis advisor)^RWTH* ; Gebhardt, Andreas (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2018-11-30

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2019-00868
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/753829/files/753829.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
3D-Druck (frei) ; 3D-printing (frei) ; Additive Fertigung (frei) ; Laserstrahlschmelzen (frei) ; Leichtbau (frei) ; Magnesiumlegierungen (frei) ; additive manufacturing (frei) ; biodegradable implants (frei) ; lightweight construction (frei) ; magnesium alloys (frei) ; selective laser melting (frei) ; resorbierbare Implantate (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Das additive Fertigungsverfahren Laser Powder Bed Fusion (LPBF) wird vermehrt in der industriellen Serienproduktion eingesetzt. Trotzdem ist die kommerziell verfügbare Werkstoffbandbreite im Vergleich zu anderen Produktionsverfahren noch sehr eingeschränkt. Eine der noch nicht kommerziell verfügbaren Werkstoffklassensind Magnesiumlegierungen. Als leichtestes Konstruktionsmetall bei gleichzeitiger Körperverträglichkeit und Resorbierbarkeit wäre die Verarbeitung von Magnesium mittels LPBF sowohl für Leichtbauanwendungen als auch in der Medizintechnik vorteilhaft. Insbesondere aufgrund des schon bei Schmelztemperaturvergleichsweise hohen Dampfdrucks sind Magnesiumlegierungen mittels LPBF nur schwierig zu verarbeiten, da durch die Interaktion von Laserstrahlung und Rauch die Bauteilqualität signifikant verringert werden kann. Im Rahmendieser Arbeit werden zwei geeignete Prozessführungsstrategien zur Verarbeitung von Magnesiumlegierungen mittels LPBF entwickelt. Nach der Auswahl eines geeigneten Pulverwerkstoffs werden LPBF-Probekörper aus den Legierungen AZ91und WE43 hinsichtlich Gefüge und statischen, mechanischen Eigenschaften analysiert. Für beide Legierungen weisen die LPBF-Probekörper ein feines, größtenteils globulares Gefüge mit mittleren Korngrößen von 1-3 μm auf. Sowohl unter Zug- als auch unter Druckbelastung sind Festigkeit und Duktilität daher signifikant größer als bei typischen Gussbauteilen. Zum Abschluss der Arbeit werden verschiedene Technologiedemonstratoren gefertigt, um eine anwendungsnahe Machbarkeit des LPBF von Magnesiumlegierungen aufzuzeigen.

The additive manufacturing process laser powder bed fusion (LPBF) is increasingly used in industrial series production. Compared to other production technologies, LPBF lacks the range of commercially available materials. Magnesium alloys represent one of these unavailable alloys. Nevertheless, lightweight construction and medical applications would strongly benefit from magnesium alloys being used with LPBF, as magnesium alloys are the lightest structural metals and feature both biocompatibility and biodegradability. However, magnesium alloys are difficult to process with LPBF, particularly because of the high vapor pressure at melting temperature, since the interaction of laser radiation and metal vapor can significantly reduce part quality. Within the scope of this work, two suitable strategies for processing magnesium alloys with LPBF are developed. After selecting a suitable powder material, LPBF specimens made of the alloys AZ91 and WE43are analyzed with regard to microstructure and mechanical properties under static load. For both alloys LPBF specimens exhibit a fine microstructure with mostly equiaxed grains in the size of 1-3 μm. For both tensile and compressive loads, strength and ductility are significantly larger than for typical cast components. At the end of this thesis, various technology demonstrators are built to demonstrate the application-related feasibility of LPBF with magnesium alloys.

OpenAccess:
PDF
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