• Wegner, Jan

Abstract

Die additive Fertigung gilt als eine der Schlüsseltechnologien im Kontext der 4. industriellen Revolution. Darunter ist, zur Verarbeitung von metallischen Materialien, dem pulverbettbasierten Schmelzen von Metallen mittels Laser (PBF‑LB/M) der höchste technologische Reifegrad zuzuordnen. Die geometrischen Freiheiten des Verfahrens bieten zahlreiche Potenziale für Leichtbauapplikation sowie komplexe Bauteil- und Funktionsintegration. Bis heute ist die Materialpalette jedoch noch stark eingeschränkt. Insbesondere prozessgerechte Materialien, welche Synergien mit den Prozesscharakteristika generieren, beschränken sich auf wenige Exemplare. In dieser Arbeit werden metallische Massivgläser als potenzieller Kandidat zur Funktionalisierung der prozessinhärent hohen Abkühlraten des Verfahrens herausgearbeitet. Metallische Gläser weisen hohe Elastizität von ~2 % gepaart mit großer Festigkeit auf und stellen damit attraktive Konstruktionswerkstoffe für strukturelle Anwendungen dar. Die vorliegende Arbeit analysiert die Herausforderungen und entwickelt Lösungen zur Verarbeitung metallischer Gläser im PBF-LB/M-Verfahren am Beispiel von Vitreloy 101 (Vit101 - Cu47Ti34Zr11Ni8) und AMZ4 (Zr59,3Cu28,2Al4,6Nb1,5). Der Ablauf der Untersuchungen orientiert sich an der Prozesskette des Verfahrens. Beginnend mit der Pulveranalyse bis hin zur Bestimmung der thermophysikalischen, strukturellen und mechanischen Eigenschaften der hergestellten Probekörper und der messtechnischen Analyse des Prozesses. Dazu wird die Prozessentwicklung begleitet von einer analytischen und empirischen Betrachtung der Laser-Materialinteraktion und den damit vorherrschenden Zeit-Temperaturverläufen im Prozess. Die Ergebnisse zeigen, dass die Funktionalisierung der prozess-inhärenten Abkühlraten zur Verarbeitung metallischer Massivgläser im PBF-LB/M-Verfahren möglich ist. Dabei stellt die hohe Sauerstoffverunreinigung der pulverbasierten Prozessroute jedoch eine Herausforderung dar, welche sowohl das Prozessfenster als auch die mechanischen Eigenschaften beeinflussen kann. Abschließend werden Applikationspotenziale diskutiert und exemplarisch anhand eines Festkörpergelenks vorgestellt.

Topics

• selective laser melting
• discrete element method