Unterscheidung verschiedener charakteristischer Defekte in mittels selektivem Laserschmelzen hergestelltem Ti-6Al-4V durch Rontgen-Refraktionsradiographie

摘要

Das selektive Laserschmelzen (SLM) ist eine pulverbasierte, additive Fertigungsmethode, welche die Herstellung von komplex und individuell geformten Bauteilen ermoglicht. Im Laufe der vergangenen Jahre haben verschiedene Branchen, unter anderem die Luft- und Raumfahrt Industrie, begonnen diese Technologie intensiv zu erforschen. Insbesondere die Titanlegierung Ti-6Al-V4, welche aufgrund ihrer Kombination von mechanischen Eigenschaften, geringer Dichte und Korrosionsbestandigkeit haufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt wird, eignet sich fur die Herstellung mittels SLM. Allerdings konnen durch nicht optimal gewahlte Prozessparameter, welche fur gewohnlich in einer Energiedichte zusammengefasst werden, Defekte in den Bauteilen entstehen. In dieser Studie wurde untersucht, in wie weit Rontgen-Refraktionsradiographie geeignet ist diese Defekte zu detektieren und zu charakterisieren. Bei der Rontgen-Refraktionsradiographie wird die Rontgenstrahlung, nachdem sie die Probe transmittiert hat, uber einen Analysatorkristall gemass der Bragg-Bedingung in den 2D-Detektor reflektiert und dabei nach ihrer Ausbreitungsrichtung gefiltert. Dadurch wird neben der Schwachung auch die Ablenkung der Rontgenstrahlung durch Refraktion im inneren der Probe zur Bildgebung ausgenutzt. Aus den aufgenommen Refraktionsradiogrammen kann der Refraktionswert berechnet werden. Dieser ist ein Mass fur die Menge an inneren Oberflachen in der Probe. Zum einen konnte gezeigt werden, dass die Rontgen-Refraktionsradiographie Defekte detektieren kann, die kleiner sind als die Ortsauflosung des verwendeten 2D-Detektors. Zum anderen konnen zwei verschiedene Typen von Defekten unterschieden werden. Bei dem ersten Typ handelt es sich um runde Poren mit geringer innerer Oberflache. Diese, sogenannten "keyhole pores" sind charakteristisch fur eine zu hohe Energiedichte wahrend des SLM Prozesses. Bei dem zweiten Typ handelt es sich um nicht komplett aufgeschmolzenes Pulver. Diese Defekte zeichnen sich durch eine hohe innere Oberflache aus und sind charakteristisch fur eine zu geringe Energiedichte. Vergleichende Messungen mit hochauflosender Synchrotron CT und optischer Mikroskopie bestatigen die charakteristischen Formen der verschiedenen Defekte.