Materials development is an increasingly researched area within additive manufacturing. Companies with special product requirements are looking toward combining the unique properties of special alloy classes with the geometrical benefits of additive manufacturing (AM). In this contribution a method for rapid multiparameter optimization for Laser Powder Bed Fusion in Metals (PBF-LB/M) is described. Parameter sets for multiple quality features such as surface roughness, down face integrity, mechanical performance, and bulk density are optimized simultaneously using compact Design of Experiment approaches. The method is demonstrated on a case component with requirements on weldability, corrosion resistance, and mechanical resistance which led to the need for rapid powder manufacturing and printing parameter optimization in stainless steel 310S-an alloy not typically available on the PBF-LB market. The method resulted in rapidly developed processing parameters for 310S producing high-quality parts befitting the requirements of the case component. The result showcases the potential for short lead times and product development using simple Design of Experiment approaches for materials and parameter development within PBF-LB/M.
Die Werkstoffentwicklung ist ein zunehmend erforschter Bereich innerhalb der additiven Fertigung. Unternehmen mit besonderen Produktanforderungen suchen nach einer Möglichkeit, die einzigartigen Eigenschaften spezieller Legierungsklassen mit den geometrischen Vorteilen der additiven Fertigung (AM) zu kombinieren. In diesem Beitrag wird eine Methode zur schnellen Multiparameteroptimierung für das Laser Powder Bed Fusion in Metals (PBF-LB/M) beschrieben. Parametersätze für mehrere Qualitätsmerkmale, wie Oberflächenrauhigkeit, Unversehrtheit der Oberfläche, mechanische Leistung und Schüttdichte, werden gleichzeitig mit kompakten Versuchsplanungsansätzen optimiert. Die Methode wird an einem Bauteil mit Anforderungen an Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und mechanischer Festigkeit demonstriert, was zu dem Bedarf an einer schnellen Optimierung der Pulverherstellung und der Druckparameter in Edelstahl 310S führte – einer Legierung, die normalerweise nicht auf dem PBF-LB-Markt erhältlich ist. Die Methode führte zu schnell entwickelten Verarbeitungsparametern für 310S, die qualitativ hochwertige Teile hervorbringen, die den Anforderungen des Gehäuseteils entsprechen. Das Ergebnis zeigt das Potenzial für kurze Vorlaufzeiten und Produktentwicklung unter Verwendung von einfachen Versuchsplanungsansätzen für Materialien und Parameterentwicklung innerhalb von PBF-LB/M.
Keywords: 3D printing; Additive manufacturing; Industry collaboration; Material development; Material science PBF-LB/M; Morphology.
© The Author(s), under exclusive licence to Austrian Society for Metallurgy of Metals (ASMET) and Bergmännischer Verband Österreich (BVÖ) 2023.