Entwicklung des Selective Laser Melting (SLM) für Aluminiumwerkstoffe
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- Edmund Thomas
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1 Entwicklung des Selective Laser Melting (SLM) für Aluminiumwerkstoffe Von der Fakultät für Maschinenwesen der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Ingenieurwissenschaften genehmigte Dissertation vorgelegt von Master of Engineering Dongyun Zhang aus Heilongjiang, VR China Berichter: Universitätsprofessor Dr. rer. nat. R. Poprawe M. A. Universitätsprofessor Dr.-Ing. F. Klocke Tag der mündlichen Prüfung: 06 Juli 2004 D 82 (Diss. RWTH Aachen)
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3 Berichte aus der Lasertechnik Dongyun Zhang Entwicklung des Selective Laser Melting (SLM) für Aluminiumwerkstoffe. D 82 (Diss. RWTH Aachen) Gedruckt mit Unterstützung des Deutschen Akademischen Austauschdienstes Shaker Verlag Aachen 2004
4 Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., Copyright Shaker Verlag 2004 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN ISSN X Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet: info@shaker.de
5 Danksagung Die vorliegende Arbeit entstand neben meiner Tätigkeit als Stipendiatin des DAAD (Deutscher Akademischer Austauschdienst) am Fraunhofer Institut für Lasertechnik in Aachen. An dieser Stelle möchte ich mich bei allen bedanken, die zum Gelingen der Arbeit beigetragen haben. Herrn Professor Dr. rer. nat. R. Poprawe M. A. danke ich für die Überlassung des Themas und die Betreuung der Arbeit. Herrn Professor Dr.-Ing F. Klocke danke ich für die Übernahme des Korreferates sowie Herrn Professor Dr.-Ing. A. Pfennig für die Übernahme des Prüfungsvorsitzes. Mein besonderer Dank gilt den Herrn Dr. C. Over, Dr. W. Meiners, Dr. N. Pirch, Dr. A. Weisheit und Dr. Konrad Wissenbach für ihre Diskussionsbereitschaft und Unterstützung bei der Erstellung der Dissertationsarbeit. Bei allen Kollegen der Abteilung Oberflächentechnik bedanke ich mich für die gute Zusammenarbeit und hervorragende Arbeitsatmosphäre. Besonders bin ich dem Deutschen Akademischen Austauschdienst und dem Chinesischen Ministerium für Bildung zu Dank verpflichtet, die mir sowohl die Möglichkeit einer Promotion in Deutschland als auch die finanzielle Unterstützung gewährt haben. Zuletzt gilt mein Dank meiner Tochter und meinem Mann für das in mich gesetzte Vertrauen, das mir die nötige Kraft und Sicherheit für meinen beruflichen Werdegang gab. Meinen Eltern und Schwiegereltern danke ich besonders für ihr Verständnis und ihre Unterstützung.
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7 Inhalt Inhalt 1 Einleitung und Zielsetzung Einleitung Zielsetzung 2 2 Stand der Technik Nicht pulverbasierte Verfahren Verfahren mit lokaler Werkstoffzufuhr Pulverbettbasierte Verfahren Selective Laser Melting 7 3 Experimentelle Methoden und verwendete Werkstoffe Verfahrensprinzip Verfahrensparameter Anlagentechnik Analysemethoden Querschliffe Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie (REM) Dichte Härte Die untersuchten Aluminiumwerkstoffe AlMgSi AlSi25 und AlSi10Mg AlMg Prozessgrundlagen Problemstellung Absorption Wärmeleitung in einer Pulverschicht Strahlpropagation und Temperaturverteilung in einer Pulverschicht Metallurgischer Verbund Pulverschicht- Substratoberfläche Spuraufbau und Prozessstörungen Beschichtungstechnik Analyse von Einzelspuren Laserleistung und Scangeschwindigkeit Querschliffe 48 Entwicklung des Selective Laser Melting (SLM) für Aluminiumwerkstoffe 1
8 Inhalt 4.9 Analyse von Überlappspuren 49 5 Entwicklung der Prozessführung für Aluminiumwerkstoffe Anbindung an die Substratplatte Dichte AlSi AlSi10Mg AlMg AlMgSi Gefügeanalyse AlSi AlSi10Mg AlMg AlMgSi Rissbildung AlSi-Legierungen AlMg3 und AlMgSi Mechanische Eigenschaften Härte Festigkeit 88 7 Anwendungsbeispiele Funktionsprototypen Einzelteile und Kleinserien 95 8 Zusammenfassung 96 9 Literatur Formelzeichen und Abkürzungen Anhang Entwicklung des Selective Laser Melting (SLM) für Aluminiumwerkstoffe
Polieren von Werkzeugstählen mit Laserstrahlung
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