Generative Fertigung von Bauteilen aus Werkzeugstahl X38CrMoV5-1 und Titan TiAl6V4 mit „Selective Laser Melting“

Das Selective Laser Melting (SLM) Verfahren ist ein generatives Fertigungsverfahren, mit dem Bauteile schichtweise direkt aus dreidimensionalen CAD-Daten ohne formgebende Werkzeuge aufgebaut werden. Im Gegensatz zu etablierten Rapid Prototyping Verfahren kommen einkomponentige metallische Serienwerkstoffe wie z.B. Edelstahl ohne jegliche Zusätze zum Einsatz. Daraus werden Bauteile mit einer Dichte von nahezu 100% und serienidentischen Gebrauchseigenschaften hergestellt. In der vorliegenden Arbeit wird eine Prozeßführung entwickelt, die erstmals die rißfreie und verzugsarme Verarbeitung der Werkstoffe Werkzeugstahl X38CrMoV5-1 und Titan TiAI6V4 mit dem SLM-Verfahren ermöglicht.

Die Grundlage zur Entwicklung der Prozeßführung bildet die Analyse der Eigenspannungen, die zu Verzug und Rißbildung führen, durch ein vereinfachtes thermisches und thermomechanisches Modell des SLM-Prozesses anhand von Umschmelzspuren. Ein weiteres Element ist die experimentelle Bestimmung der Abhängigkeit des Verzuges einer Testgeometrie von den Verfahrensparametern und des Eigenspannungszustandes durch röntgenographische Methoden sowie die Korrelation mit den modelltheoretischen Ergebnissen.
Der Lösungsansatz zur Reduzierung der Eigenspannungen und des daraus resultierenden Verzugs besteht darin, den Prozeß bei einer höheren Temperatur durchzuführen. Die Reduzierung der Eigenspannungen und des Verzuges durch Vorwärmung wird sowohl modelltheoretisch als auch experimentell nachgewiesen. Es werden Prozeßdiagramme für beide Werkstoffe erarbeitet, aus denen die Kombination der Verfahrensparameter zum Erreichen einer Bauteildichte >99% mit Vorwärmung hervorgeht. Durch Wärmenachbehandlung der Bauteile sowie Modifikation der bestehenden Anlagentechnik werden Gefüge bzw. mechanisch-technologische Eigenschaften erzielt, die mit konventioneller Fertigung vergleichbar sind.