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

Das additive Verfahren Laserstrahl-Schmelzen von Metallen im Pulverbett bietet aufgrund von Freiheitsgraden im Bauteildesign, neuartiger Materialeigenschaften, hoher Umsetzungs-Geschwindigkeit und Flexibilität in der Produktion ein sehr hohes Anwendungspotential. Im Verlauf der aktuellen Industrialisierungsphase sind die Handlungsfelder Gesamtanlageneffizienz, Erweiterung der Werkstoffpalette, Simulationsmethoden, 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 bearbeiten Lösungsansätze zur Erfassung derselben mittels lateraler und koaxiale Prozessüberwachungs-Systeme. Bei der Betrachtung des koaxialen Schmelzbad-Überwachungssystems werden hierfür Signaturen aus Grundlagenversuche mit Einzelspuren, dünnen Wänden, Volumenkörpern und realen Bauteilen charakterisiert. 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 gescannten Bauteilflächen, in Folgeschichten von Kanalverschlüssen und bei Spritzer-Ereignissen gezeigt. Gegenmaßnahmen zur Verminderung von Oberflächenrauheit mittels Laserpolieren werden motiviert und Ergebnisse vorgestellt.