Aufgabenstellung
Ziel des Projekts ist die Identifikation und Quantifizierung von Werkstoffeigenschaften, welche die Energiedeposition im selektiven Laserstrahlschmelzen (SLS) beeinflussen. Im SLS führt unzureichender oder zu hoher Energieeintrag zu Schichtanbindungsfehlern und damit zu reduzierten mechanischen Bauteileigenschaften entlang der Aufbaurichtung. Für die Herstellung mechanisch belastbarer Bauteile bedarf es optimierter Prozessparameter für die Energiedeposition, die aus der prozessangepassten Charakterisierung der Pulverwerkstoffe hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften abgeleitet werden.

Vorgehensweise
Zur Bestimmung der optischen Eigenschaften von SLS-Kunststoffpulvern dient ein erweiterbares Messsystem auf Basis zweier goldbeschichteter Ulbrichtkugeln mit Heizkammer (linkes Bild). Die Pulverschicht wird mittels IR-Strahler bis oberhalb des Schmelzpunktes erwärmt und die entstehende Polymerschmelze anschließend abgekühlt, wodurch der Kunststoff wiederum erstarrt. Während eines solchen Zyklus werden mit Hilfe eines CO₂-Laserstrahls (Eintritt in die obere Reflexionskugel) und zweier Leistungsmesssensoren die reflektierten und transmittierten Strahlungsanteile gemessen. Hierdurch lässt sich der temperatur- und phasenzustandsabhängige Absorptionsgrad bestimmen.

Ergebnisse
Die temperaturabhängigen Reflexions-, Transmissions- und Absorptionsgrade (R, T, A) konnten für verschiedene SLS-Pulver und unterschiedliche Schichthöhen bestimmt werden. Im Fall des Standardwerkstoffs Polyamid 12 (PA12) ergibt sich bei einer Pulverschichtstärke von 150 µm ein Absorptionsgrad von etwa 80 %, der während des Schmelzvorgangs und des anschließenden Erstarrens auf etwa 60 % fällt (rechtes Bild). Aus den Messungen lassen sich somit Rückschlüsse auf die im Prozess relevante Laserstrahleindringtiefe in Abhängigkeit des Werkstoffzustandes ziehen.