Laserstrahl-Schmelzen von Metallen mit einer Serienanlage – Prozesscharakterisierung und Erweiterung eines Überwachungssystems

Beschreibung

Das additive Fertigungsverfahren Laserstrahl-Schmelzen von Metallen im Pulverbett bietet aufgrund von Freiheitsgraden im Design, vorteilhafter Materialeigenschaften, Umsetzungs-Geschwindigkeit und Flexibilität in der Produktion ein breites Anwendungsspektrum für die Herstellung von Metall-Erzeugnissen. Zur Industrialisierung sind die Handlungsfelder Gesamtanlageneffizienz, Erweiterung der Werkstoffpalette, Simulationsmethoden, fachliche Ausbildung bezüglich Anlagentechnik und Design sowie die Prozess-Überwachung und -Regelung im Fokus aktueller Forschungsarbeiten. Die in dieser Arbeit gezeigten Untersuchungen zur Prozesscharakterisierung und Erweiterung eines Überwachungssystems identifizieren typische Prozessfehler und zeigen das Potential von lateralen und koaxialen Prozessüberwachungs-Systemen. Bei der Betrachtung des koaxialen Schmelzbad-Überwachungssystems wurden hierfür mittels Grundlagenversuchen Erkenntnisse zur Signalverarbeitung erarbeitet. Darauf aufbauend werden Anwendungsmöglichkeiten für beide Systeme erarbeitet. Für das laterale Überwachungssystem wird eine automatisierte Auswertungsmöglichkeit auf Basis des maschinellen Lernens entwickelt um Schichtbilder zu klassifizieren. Für das koaxiale Überwachungssystem werden Möglichkeiten zur Nutzbarmachung bezüglich der Oberflächenrauheit auf belichteten Bauteilflächen, in Folgeschichten von Kanalverschlüssen und bei Spritzer-Ereignissen betrachtet. Gegenmaßnahmen zur Verminderung von Oberflächenrauheit mittels Laserpolieren werden motiviert und Ergebnisse vorgestellt.