Stereobasierte Bildverarbeitung zur Spritzererkennung im PBF-LB/M von Ti-6Al-4V

Abstract

Spritzer sind ein unvermeidliches Nebenprodukt des laserbasierten Pulverbettschmelzens von Metallen (PBF-LB/M), das zu einer Verschlechterung der Bauteileigenschaften sowie zur Degradation des ungeschmolzenen Pulvers führen kann. Um das Spritzerphänomen zu verstehen und wirksame Gegenmaßnahmen zu entwickeln, ist ein Überwachungssystem erforderlich, das das dreidimensionale Bewegungsverhalten der Spritzerpartikel erfassen und verarbeiten kann. In dieser Arbeit wird ein Stereokameraaufbau mit anschließender Bildanalyse für das PBF-LB/M der Titanlegierung Ti-6Al-4V vorgestellt. Auch der Einfluss der Prozessparameter Laserleistung und Scangeschwindigkeit auf die Spritzerentstehung wird experimentell untersucht. Es wurden Spritzgeschwindigkeiten zwischen 13,01 m/s und 35,77 m/s ermittelt. Die Ergebnisse zeigen einen Zusammenhang zwischen Spritzererzeugung und Volumenenergiedichte. Eine Zunahme der Spritzermenge wurde beobachtet, wenn die Laserleistung erhöht oder die Scangeschwindigkeit verringert wurde. Darüber hinaus nahm mit zunehmender Volumenenergiedichte auch die Spritzergeschwindigkeit zu und die Spritzergröße nahm ab. Zusätzlich zu den Prozessparametern wird der Einfluss der Gasströmung auf die Spritzerflugbahn berücksichtigt. Der Gasstrom in der Prozesskammer bewirkt eine Richtungsänderung der Flugbahn der Spritzer, wenn diese die Prozesszone verlassen. Spritzer, die sich bereits parallel zur Gasströmung bewegen, werden beschleunigt. Diese Arbeit unterstreicht die Bedeutung einer dreidimensionalen Überwachung der Spritzerbildung zur Entwicklung eines tieferen Verständnisses der zugrunde liegenden Mechanismen und zeigt, dass durch Anpassung der Prozessparameter der Prozess maßgeblich beeinflusst werden kann.