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Wednesday, September 13, 2023, Mailand 3:00 PM Additive Fertigung - Laserstrahlschweißen |
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Laserstrahlauftragschweißen - Einfluss von Schutzgasgemischen auf die Bauteilqualität |
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Julius Raute* / Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, Berlin Dirk Kampffmeyer / Messer SE & Co. KGaA, Deutschland Michael Wolters/ Messer SE & Co. KGaA, Deutschland Max Biegler/ Fraunhofer IPK, Deutschland Vinzenz Müller/ Fraunhofer IPK, Deutschland Michael Rethmeier/ Technische Universität Berlin, Deutschland |
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Im Additive Manufacturing Verfahren Directed Energy Deposition (DED) wird bei der Verarbeitung von Werkzeugstahl in der Regel reines Argon als Schutzgas verwendet. Dabei kann die Verwendung von speziellen Schutzgasgemischen, auch bei geringen Anteilen zugemischter Gase, durchaus die Bauteilqualität positiv beeinflussen. In Vorarbeiten der Messer SE & Co. KGaA zeigte ein gewisser Sauerstoffanteil im Schutzgas die Tendenz, den Flankenwinkel von Schweißspuren beim DED zu verbessern. In der vorliegenden Studie wurde daher detailliert untersucht in wie weit unterschiedliche Schutzgasgemische einen Einfluss auf die Qualität sowie die geometrischen Eigenschaften der additiv gefertigten Strukturen des Werkzeugstahls 1.2709 beim Laser-DED ausüben. Es erfolgten zunächst Testschweißungen in Form von Einzelspuren mit unterschiedlichen Gemischen aus dem Basisschutzgas Argon mit geringen Anteilen verschiedener Gase. Dabei wurde der Einfluss der Zusätze auf die Spurgeometrie und Aufbauqualität untersucht. Auf Basis dieser Vorversuche wurde eine Auswahl vielversprechender Gasgemische getroffen und Detailuntersuchungen in Form von Spuren, Flächen und Quadern unter Zugabe verschiedener Mengen an Zusätzen durchgeführt. Zur Bewertung des Einflusses der Schutzgasbeimengungen wurden der Flankenwinkel, der Einbrand, die Porosität und das Gefüge der Proben anhand metallografischer Schliffe untersucht. Es zeigte sich, dass eine Zugabe von geringen Anteilen an Zusätzen zunächst zu einer Vergrößerung des Flankenwinkels im Vergleich zu reinem Argon führt. Mit steigendem Anteil der Gase nimmt dieser Winkel jedoch ab. So kann je nach Menge des zugesetzten Gases eine individuelle Benetzung des aufgetragenen Materials an der Oberfläche erreicht werden. Auch Porosität und Einbrand ließen sich durch Schutzgasgemische beeinflussen und zeigen ein abweichendes Verhalten im Vergleich zu reinem Argon. |