Untersuchung der Verarbeitbarkeit von Pulvermischungen im Laser Powder Bed Fusion

Ewald, Simon; Krupp, Ulrich; Schleifenbaum, Johannes Henrich

doi:K10Plus:187216370X

Untersuchung der Verarbeitbarkeit von Pulvermischungen im Laser Powder Bed Fusion = Investigation of the processability of powder blends in laser powder bed fusion

Ewald, Simon^RWTH*

2023

VerantwortlichkeitsangabeSimon Ewald

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2023

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

ISBN978-3-98555-187-3

ReiheErgebnisse aus der additiven Fertigung

Dissertation, RWTH Aachen University, 2023

Druckausgabe: 2023. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Schleifenbaum, Johannes Henrich (Thesis advisor)^RWTH* ; Krupp, Ulrich (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-06-22

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-11117
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/973962/files/973962.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Digitale Additive Produktion (421510)

Projekte

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Laser Powder Bed Fusion (frei) ; additive manufacturing (frei) ; alloy development (frei) ; powder blends (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die Entwicklung neuer Werkstoffe für das Additive Manufacturing im Metallbereich, insbesondere für das Laser Powder Bed Fusion, gewinnt immer mehr an Bedeutung in der Wissenschaft und Technik. Stand heute werden im Laser Powder Bed Fusion hauptsächlich vorlegierte Pulver als Ausgangsmaterial genutzt, die je nach chemischer Zusammensetzung teuer und nicht geeignet für eine schnelle Anpassung sind. Somit sind vorlegierte Pulver nur bedingt geeignet zur Entwicklung neuer Legierungen für das Laser Powder Bed Fusion. Ein neuer Ansatz ist, die gewünschte chemische Zusammensetzung mittels einer Pulvermischung zu generieren und somit schnell und flexibel neue Legierungen herstellen zu können. In der hier vorliegenden Arbeit wird die Verarbeitbarkeit von Pulvermischungen im Vergleich zu vorlegiertem Pulver im LPBF-Prozess untersucht. Exemplarisch wird ein FeMnAlC-System mit einem Anteil von 5–7 Gew% Aluminium verwendet. Die Arbeit ist in vier Untersuchungsschritte gegliedert. Zuerst wird eine ausführliche Charakterisierung der Pulvervorgenommen und die chemische Verteilung der Pulvermischung auf der Bauplattform vor und nach der Verarbeitung bestimmt. Danach werden Quader zur Analyse der rel. Dichte in Abhängigkeit der Verfahrensparameter hergestellt und analysiert. Darauf folgen Untersuchungen der chemischen Verteilung der Elemente innerhalb eines Schmelzbades, der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften. Abschließend werden die Ergebnisse kritisch betrachtet und eine Anwendungserprobung von Pulvermischung anhand der Herstellung von dünnwandigen Strukturen durchgeführt.

The development of new materials for metal additive manufacturing, especially for LaserPowder Bed Fusion, is becoming more and more important in science and industry.Up to now, mainly pre-alloyed powders are used as feedstock, which are often expensive, depending on their chemical composition and not suitable for rapid adjustment ofthe chemical composition. Thus, pre-alloyed powders are limited for the development of new alloys for Laser Powder Bed Fusion. A new approach is to generate the desiredchemical composition by powder blending and thus beeing able to produce and test new alloys fast and flexible. In the present work, the processability of powder blends isinvestigated in comparison to pre-alloyed powder. As example alloy a FeMnAlC-system with a content of 5–7 wt% aluminum is used. The work is divided into four main investigation steps. First, a detailed characterization of the powders is performed and the chemical distribution of the powder blends on the build platform before and after processing is determined. Consequently, cubes for the analysis of the relative density depending on the process parameters are produced and analyzed. This is followed by investigations of the chemical distribution of the elements within the melt pool, the microstructure and the mechanical properties. Finally, the results are critically discussed and the usability is demonstrated by producing thin-walled structures.

OpenAccess:
PDF
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