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Lichtbogenspritzverfahren zur Metallpulverherstellung für die additive Fertigung

Die vorliegende Arbeit beschreibt die erfolgreiche Entwicklung eines Pulverherstellungsprozesses auf Basis des Lichtbogenspritzens. Dazu wurden Pulverherstellungsanlagen sowohl im Labormaßstab als auch im Technikumsmaßstab entwickelt. Die entwickelten Anlagen bestehen im Wesentlichen aus drei Komponenten: Verdüsungseinheit, Verdüsungsbehälter und Absaugung, die nach Bedarf modulweise auf- und abgebaut werden können. Als Verdüsungseinheit kommt eine Lichtbogenspritzpistole zum Einsatz, die aufgrund der flexiblen Lichtbogenzündung einen Stop-and-Go-Betrieb ermöglicht. Der Verdüsungsbehälter wurde auf Basis der gemessenen Geometrie des Sprühkegels ausgelegt, sodass die verdüsten Schmelztröpfchen in der Technikumsanlage nicht auf die Innenwände aufprallen.
Die optimierten Prozessparameter und die Verwendung der entwickelten NMB-Düse ermöglichen die Herstellung von Pulvern mit sphärischer Partikelform und glatter Oberflächen (ohne Satellitenpartikel). Dadurch weist das in dieser Arbeit hergestellte TS-Pulver im Vergleich zu einem kommerziellen Referenzpulver eine signifikant bessere Pulverqualität in Bezug auf Partikelform und –morphologie, Fließfähigkeit sowie Schüttdichte auf. Bei der Verarbeitung der beiden Pulver mittels PBF-LB/M-Verfahren werden die Zusammenhänge nachgewiesen, dass eine hohe Fließfähigkeit und eine hohe Schüttdichte die Verdichtung des Pulvers begünstigen und zu niedriger Porosität in den gefertigten Bauteilen führen. Die Zugversuche zeigen, dass die aus dem TS-Pulver gefertigten Proben aufgrund der verformungsinduzierten Phasenumwandlung von Austenit in Martensit im Vergleich zu den Proben aus dem Referenzpulver eine höhere Zugfestigkeit bei gleichzeitig höherer Bruchdehnung aufweisen, was eine sehr hohe Energieaufnahmefähigkeit der Proben bedeutet.