Potenziale der bildgestützten Prozessüberwachung zur Steigerung des technologischen Reifegrades von Laser-Strahlschmelzverfahren

Durch Laser-Strahlschmelzverfahren konnen metallische Bauteile hergestellt werden, die durch funktionalisierte geometrische Formen einen technologischen oder wirtschaftlichen Mehrwert entfalten. Die technologischen Grundlagen des Laser-Strahlschmelzverfahrens sind heute soweit verstanden, dass es prinzipiell moglich ist Metallbauteile mit mechanisch-technologischen Eigenschaften her-zustellen, die den Anforderungen einer industriellen Anwendung genugen. Dennoch konnen die Eigenschaften von laser-strahlgeschmolzenen Bauteilen und der Verlauf der Prozesse starken Schwankungen unterliegen. Durch eine ressourcenintensive Erarbeitung von Prozesswissen konnen Anwender der Technologie die Prozessschwankungen reduzieren. Die notwendigen Schritte zur Erarbeitung des Prozesswissens hemmen jedoch die weitere Etablierung der Laser-Strahlschmelz-Technologie. Neben dem geometrisch-funktionalen Potenzial des Laser-Strahlschmelzverfahrens kann zudem ein metallurgisch-funktionales Potenzial erschlossen werden, indem die prozessinharenten Randbedingungen gezielt zur Einstellung spezieller Mikrostrukturen und somit zur Erzeugung von herausra-genden Materialeigenschaften genutzt werden. Die Qualifizierung von neuen Werkstoffkonzepten vergrosert die Komplexitat der Prozessfuhrung und ist nach heutigem Stand der Technik mit aufwandigen Parameterstudien verknupft. Die Erarbeitung von Methoden zur Quantifizierung und Analyse von kritischen prozessseitigen Aspekten des Laser-Strahlschmelzverfahrens stellt daher ein anerkanntes Handlungsfeld dar und soll im Rahmen dieser Arbeit am Beispiels einer bildgestutzten Analysemethodik vertieft werden. Zunachst wird der grundlegende Aufbau eines bildgestutzten Prozessdokumen-tationssystems beschrieben und eine Methodik zur Auswertung des gewonne-nen Bildmaterials vorgestellt. Die Analysemethodik wird im Rahmen experimen-teller Versuchsbauprozesse fur die Messung der Prozessstabilitat von kritischen Geometrieelementen und die Ermittlung der Auswirkungen von Prozess- und Materialfehlern auf die resultierenden statischen Festigkeitseigenschaften er-probt. Die Ergebnisse zeigen, dass es durch den verwendeten bildgestutzten Analyseansatz gelingen kann die Prozessstabilitat zu beschreiben und hieraus Ruckschlusse auf Prozess- und Geometrieparameter gewonnen werden konnen. Die Analyse von fehlerhaft aufgeschmolzenen Bauteilregionen zeigt, dass diese prinzipiell im Bildmaterial erkennbar sind und durch ein erneutes Aufschmelzen bis zu einem bestimmten Ausmas ausgeheilt werden konnen. In einem weiteren Schritt wurde die entwickelte Analysemethodik unterstutztend fur Parameterstudien zur Qualifizierung einer amorph-erstarrenden Metalllegie-rung auf Zr-Basis und eines Metall-Matrix-Komposit-Materials genutzt. Die durch das Bildgebungssystem gewonnenen Erkenntnisse konnten durch metallografi-sche Untersuchungen bestatigt werden und konnen somit zur beschleunigten Erarbeitung von Prozesswissen und zur Steigerung des technologischen Reife-grades beitragen.