Um die Produktivität von LPBF-Systemen zu erhöhen und damit die Herstellungskosten eines additiv gefertigten Bauteiles zu senken, geht der Trend zur Entwicklung von Anlagen mit mehreren Lasern.

Für eine optimale Produktivitätssteigerung ist es notwendig je nach Maschinentyp, Bauteilgeometrie und Joblayout, einzelne Komponenten unter Verwendung mehrerer Laser aufzubauen. Dabei werden die Belichtungsflächen durch das Einbringen von Belichtungsgrenzen aufgeteilt und den unterschiedlichen Lasern zugeordnet. In der Literatur wird häufig mit einem festen Überlappbereich zwischen angrenzenden Belichtungsflächen gearbeitet. Das doppelte Aufschmelzen im Überlappbereich führt jedoch zu einer verstärkten Texturierung in Aufbaurichtung und eine Vergröberung der Körner. [1, 2] Lokale Änderungen der Mikrostruktur sind unerwünscht, da sie eine potenzielle Schwachstelle im Bauteil bilden. Außerdem wäre eine erneute Qualifizierung bereits etablierter Wärmebehandlungsprozesse notwendig. Unter Anwendung sogenannter Überlappeinstellungen kann die Position der Belichtungsgrenze schichtweise variiert werden und die Größe des Überlappbereichs eingestellt werden. Der Einfluss der Überlappeinstellungen wurde bisher noch nicht systematisch untersucht.

Aus diesem Grund erfolgt im Rahmen dieser Studie eine Analyse der resultierenden Bauteileigenschaften von IN718 bei Verwendung von zwei Lasern in Abhängigkeit der verwendeten Überlappeinstellungen. Dazu werden Proben, die von einem und von zwei Lasern belichtet werden, auf einer EOS M400-4 hergestellt und hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften (Zugprüfung), der Bruchfläche (REM), der Porosität (Schliffbild) und der Mikrostruktur (EBSD) charakterisiert und miteinander verglichen.

In Übereinstimmung mit der Literatur wurde bei Proben, die mit einem festen Überlappbereich gefertigt wurden, eine Kornvergröberung und eine Zunahme der Texturierung in Aufbaurichtung festgestellt. Dies äußerte sich zusätzlich durch ein verstärktes Auftreten von intergranularen Rissen in der Bruchfläche. Durch Anwendung geeigneter Überlappeinstellungen konnten Bauteile mit einer ähnlichen Mikrostruktur im Vergleich zur Einstrahl-Referenz hergestellt werden. Es wurde zudem kein negativer Einfluss auf die Porosität sowie kein technisch relevanter Unterschied hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften festgestellt.

Es konnte gezeigt werden, dass die Verarbeitung von IN718 im Mehrstrahlbetrieb ohne Qualitätseinbußen möglich ist.

Diese Studie erfolgte im Rahmen des vom BmBF geförderten Projektes „Industrialisierung von Digitalem Engineering und Additiver Fertigung (IDEA)“ – FKZ13N14996.

Referenzen

[1] Li, Z., Kuai, Z., Bai, P., Nie, Y., Fu, G., Liu, W., and Yang, S. 2019. Microstructure and Tensile Properties of AlSi10Mg Alloy Manufactured by Multi-Laser Beam Selective Laser Melting (SLM). Metals 9, 12, 1337.

[2] Zhang, C., Zhu, H., Hu, Z., Zhang, L., and Zeng, X. 2019. A comparative study on single-laser and multi-laser selective laser melting AlSi10Mg: defects, microstructure and mechanical properties. Materials Science and Engineering: A 746, 416–423