Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Automated tool-path generation for rapid manufacturing and numerical simulation of additive manufacturing LMD geometries
    ( 2019)
    Biegler, Max
    ;
    Wang, Jiahan
    ;
    Graf, Benjamin
    ;
    Rethmeier, Michael
    In additive manufacturing (AM) Laser Metal Deposition (LMD), parts are built by welding layers of powder feedstock onto a substrate. Applications for steel powders include forging tools and structural components for various industries. For large parts, the choice of tool-paths influences the build-rate, the part performance and the distortions in a highly geometry-dependent manner. With weld-path lengths in the range of hundreds of meters, a reliable, automated tool path generation is essential for the usability of LMD processes. In this contribution, automated tool-path generation approaches are shown and their results are discussed for arbitrary geometries. The investigated path strategies are the classical approaches: ""Zig-zag-"" and ""contour-parallel-strategies"". After generation, the tool-paths are automatically formatted into g-code for experimental build-up and ASCII for a numerical simulation model. Finally, the tool paths are discussed in regards to volume-fill, microstructure and porosity for the experimental samples. This work presents a part of the IGF project 18737N ""Welding distortion simulation"" (FOSTA P1140)
  • Publication
    Prognose der Oberflächenbeschaffenheit für die additive Fertigung mittels Laser-Pulver-Auftragschweißen
    ( 2018)
    Marko, Angelina
    ;
    Petrat, Torsten
    ;
    Graf, Benjamin
    ;
    Rethmeier, Michael
    In den letzten Jahren hat vor allem die Nachfrage nach additiven Fertigungstechnologien und Reparaturverfahren für hochfeste Werkstoffe einen starken Aufschwung erlebt. Ein Verfahren, welches sich neben der Herstellung von Beschichtungen besonders für diese Anwendungen eignet, ist das Laser-Pulver-Auftragschweißen. Es wird besonders für Reparaturen bzw. zur Herstellung von teuren Bauteilen, wie Werkzeugen oder Turbinenteilen, eingesetzt. Da diese Teile oft großen mechanischen sowie thermischen Belastungen ausgesetzt sind, ist es besonders wichtig, dass die erzeugte Struktur eine hohe Qualität aufweist. In dieser Arbeit wird die statistische Versuchsplanung genutzt, um Modelle für die Oberflächenbeschaffenheiten von Inconel 718 zu generieren. Als Grundlage dient hierbei ein zentral zusammengesetzter Versuchsplan mit großem Parameterfenster. So wird die Leistung zwischen 550 Watt und 1950 Watt, der Vorschub von 530 mm/min bis 920 mm/min, der Pulvermassenstrom von 3 g/min bis 12 g/min sowie der Spotdurchmesser von 1 mm bis 2 mm variiert. Auf diese Weise wird die Spurgeometrie beeinflusst. Darüber hinaus wird das Überlappungsverhältnis zwischen 20% bis 50 % verändert. Die Auswertung der Oberflächenbeschaffenheit erfolgt mit dem auf der Fokusvariation basierendem Oberflächenmessgerät Alicona Infinite- Focus. Dieses Verfahren der 3D Mikrokoordinatenmesstechnik gewährleistet eine zuverlässige Auswertung der Spurgeometrie, der Welligkeit sowie die Messung der mittleren arithmetischen Höhe Sa zur Bestimmung der Oberflächenrauheit. Anschließend werden die generierten Modelle verifiziert. Ziel dabei ist es, kostenintensive Vorversuche in Zukunft einzusparen. Darüber hinaus wird das Prozessverständnis erweitert und signifikante Einflussfaktoren identifiziert.