IC12 - AddWRaP

Die additive Fertigung mittels pulverbettbasiertem Laserschmelzen (PBF-LB) bietet großes Potenzial für die Fertigung von Werkzeugen, beispielsweise von Schneidwerkzeugen mit gezielter Kühlmittelzufuhr in die Prozesszone. Im Vergleich zur konventionellen Fertigung gibt es kaum geometrische Einschränkungen, was die Kanalauslegung mit maximalen Freiheitsgraden und eine optimierte Kühlschmierwirkung in der Prozesszone ermöglicht. Allerdings schwankt die Oberflächenqualität im PBF-LB abhängig von der Bauteilorientierung im Bauraum. Vor allem nach unten gerichtete Downskin-Oberflächen weisen eine erhöhte Rauheit auf. Diese sind jedoch bei der Fertigung von innenliegenden Kühlkanälen mit mehrachsiger Orientierung unausweichlich.

Ziel, Vorgehen und Nutzen

Ziel ist, die additive Fertigung mittels PBF-LB hinsichtlich reduzierter Oberflächenrauheit prozesstechnisch zu optimieren. Dazu sollen die Zusammenhänge aus Partikelgrößenverteilung (PGV) und Prozessstellgrößen verstanden werden, um eine gezielte Einflussnahme zu ermöglichen. Zu Beginn erfolgt eine systematische Auswahl geeigneter PGVs mit dem Werkzeugstahl 1.2709. Dazu werden monomodale PGVs hinsichtlich ihres Fließverhaltens und der zu erwartenden Pulverbettdichte mittels Simulationen auf Basis der Discrete Element Method (DEM) charakterisiert und die gewonnenen Erkenntnisse auf durch Mischen gezielt erzeugte multimodale PGVs übertragen. Das Ziel ist eine hohe Pulverbettdichte bei gleichzeitig hinreichender Fließfähigkeit der Pulver. Potenziell geeignete multimodale Pulver werden im PBF-LB verarbeitet und die resultierenden Bauteilzustände umfangreich in Abhängigkeit der Stellgrößen sowie der Oberflächenorientierung im Bauraum evaluiert. Darauf basierend werden optimierte Prozessstellgrößen abgeleitet. Abschließend werden die gewonnenen Erkenntnisse auf ein Werkzeug als Demonstrator übertragen, um die universell auf den PBF-LB Prozess übertragbare prozesstechnische Optimierung aufzuzeigen.