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Technische Universität München

GasAlloy-X

Entwicklung von Leichtbaulegierungen auf Al-Mg- und Al-Li-Basis durch additive Fertigung unter Verwendung verschiedener Gasmischungen

Das Projekt GasAlloyX, eine Zusammenarbeit zwischen TUM, Oerlikon AM und Linde, untersuchte die Auswirkungen der Variation des Prozessgases während des Pulverbettschmelzens von Metallen mit einem Laserstrahl (PBF-LB/M) mit besonderem Fokus auf Aluminiumlegierungen. Zu den Ergebnissen des Projekts gehören neue, von Oerlikon AM entwickelte Chemikalien für Aluminiumlegierungen, die Verbesserung der Prozessstabilität unter Verwendung von Helium-Argon-Gemischen bei Linde und die Entwicklung eines SPH-Simulationsrahmens (Smooth Particle Hydrodynamics) zur Simulation der Schmelzbaddynamik an der TUM. Die Heißrissbildung in Al-Legierungen der Serien 2000, 6000 und 7000 wurde in den PBF-LB/M-Bauteilen durch die prozessinterne Bildung von Kornfeinungsphasen erfolgreich überwunden. Diese Legierungen befinden sich derzeit in der industriellen Qualifizierung bei Oerlikon. Es konnte gezeigt werden, dass die PBF-LB/M-Bearbeitung mit Helium die Materialdichte im Vergleich zur Argon-Bearbeitung erhöht, wobei die Bildung von Nebenprodukten im Prozess reduziert und der Energieeintrag in das Pulverbett stabiler ist. Experimentelle Beobachtungen bestätigen die Genauigkeit des SPH-Modells bei der Vorhersage von Schmelzbadabmessungen, Morphologie und thermischem Gradienten im erstarrenden Metall. Dieser Simulationsrahmen wird im Rahmen des AMI-Projekts GasAlloy-Y auf Festkörperphasenumwandlungen und die Vorhersage der Mikrostruktur erweitert.

Ergebnisse

Glühende Spritzer unter den Prozessgasen Ar und CO₂ [Baehr et al.: Cracking Behavior of a Zr-blended Al-Zn-Mg Alloy Processed by PBF-LB/M Under Different Process Gas Mixtures. Metal Additive Manufacturing Conference (2021)]
Schlierenbildgebung von Prozessnebenprodukten aus der Laser-Pulver-Interaktion [Baehr et al.: Investigations of process by-products by means of Schlieren imaging during the powder bed fusion of metals using a laser beam. Journal of Laser Applications 34 (2022)]
Temperaturfeld für einen Querschnitt durch Schmelzeseen unter den Prozessgasen Luft, Ar und He und Temperaturfeld für einen Querschnitt durch eine Schmelzesee während einer stark oszillierenden Schlüssellochschmelze unter Verwendung von SPH mit Ray-Tracing
Optische Schliffbilder von Dichtewürfeln aus einer Al-Legierung der Serie 7000, die mit PBF-LB/M mit und ohne Legierungszusätze verarbeitet wurden

Danksagung: Dieses Forschungsprojekt wurde teilweise durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie gefördert (Förderkennzeichen: NW-1901-0013)

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