Sono-L-PBF : Entwicklung und Qualifikation von schallunterstütztem Laser Powder-Bed Fusion von AlSi10Mg

Abstract

Additive Fertigungsverfahren von Metallen wie Laser Powder-Bed Fusion bieten gegenüber konventionellen Verfahren mehr geometrische Gestaltungsfreiheiten und bringen teils verbesserte Materialeigenschaften hervor. Dennoch weisen die Bauteile immer Porositäten, raue Oberflächen, anisotrope Gefüge und geometrische Ungenauigkeiten auf, die die industrielle Nutzung der Additiven Fertigung hemmen. Diese Arbeit stellt einen Ansatz vor, um mittels Schallunterstützung alle genannten Hemmnisse zu reduzieren oder ganz auszuräumen. Dabei wirkt der Schall im Prozess durch Pulverbettverdichtung und Oszillation der Schmelze. Nach einer umfassenden Maschinenanpassung sowie Auslegung eines geeigneten Schallwandlers ermöglicht Sono-LPBF den experimentellen Beleg von relativen Dichten bis zu 100%, deutlich verringerten Partikelanhaftungen an Oberflächen insbesondere im Downskinbereich, weniger anisotropen Gefügen und teilweise verbesserten geometrischen Genauigkeiten. Für Sono-L-PBF von AlSi10Mg liegt nun ein funktionsfähiger Aufbau mit einem an die Beschallung angepassten Parametersatz vor.

Additive manufacturing technologies for metals like Laser Powder-Bed Fusion offer more geometric design freedom than conventional processes and in some cases produce improved material properties. Nevertheless, the parts always exhibit porosities, rough surfaces, anisotropic microstructures and geometric inaccuracies that inhibit the industrial use of additive manufacturing. This contribution presents an approach that uses acoustic assistance to reduce or eliminate all of these obstacles. In-process sonication acts through powder-bed compaction and oscillation of the molten phase. Following comprehensive machine adaptation and the design of a suitable transducer, Sono-LPBF provides experimental evidence of relative densities of up to 100%, significantly reduced particle adhesion to surfaces, particularly in the downskin area, less anisotropic microstructures and, in some cases, improved geometric accuracies. A functional setup with a parameter set adapted to sonication is now available for Sono-L-PBF of AlSi10Mg.