Influence of contour scans on surface roughness and pore formation using Scalmalloy® manufactured by laser powder bed fusion (PBF‐LB). Issue 4 (14th April 2021)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Reiber, T.; Rüdesheim, J.; Weigold, M.; Abele, E.; Musekamp, J.; Oechsner, M.
• Is Part Of: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. Volume 52:Issue 4(2021)
• Page Start: 468
• Page End: 481
• Publication Date: 2021-04-14
• Subjects: Additive manufacturing -- Surface roughness -- Keyhole-mode welding -- Melt pool dimensions -- Contour porosity; Additive Fertigung -- Oberflächenrauheit -- Tiefschweißen -- Schmelzbaddimensionen -- oberflächennahe Porosität; Materials -- Periodicals; Materials -- Testing -- Periodicals; 620.1
• DOI: 10.1002/mawe.202000287
• Languages: English
• ISSNs: 0933-5137

Abstract

Abstract: The scandium modified aluminium alloy Scalmalloy® is specifically developed for the use in laser‐based powder bed fusion (PBF‐LB). It is supposed to show potential in the production of lightweight structures due to its high specific strength compared to other aluminium alloys. A limiting factor is the high surface roughness of additively manufactured parts, which has a negative influence on its mechanical properties, especially under cyclic loads. In order to reduce the surface roughness, methods of design of experiments (DoE) are applied to develop contour parameters. Additionally, the formation of pores in keyhole‐mode welding and strategies to reduce the porosity in the contour area are investigated. The surface roughness of vertical walls can be reduced down to Ra < 7 μm using contour scans with a line energy EL >0.9 J mm −1 but keyhole pores start to form applying EL >0.6– 0.75 J mm −1 . Two contour parameter sets in different EL ‐ranges are developed that can be used to reduce the surface roughness compared to parameter sets without contour scans, without increasing the porosity in the contour area. Their impact on the mechanical properties has to be further investigated. Abstract : Contour scans provide an option to reduce the as‐built surface roughness in laser‐based powder bed fusion. For the scandium modified Aluminium alloy Scalmalloy® contour parameters are developed using methods from design of experiments under consideration of surface roughness and contour porosity. Two parameter sets with pre‐contours and line energy EL =0.6 J mm −1 and EL =0.07 J mm −1 were found to reduce the surface roughness without introducing pores. Translation abstract: Die scandiumhaltige Aluminiumlegierung Scalmalloy® ist speziell für die Verwendung beim pulverbettbasierten Schmelzen mittels Laserstrahl entwickelt worden. Durch die im Vergleich zu anderen Aluminiumlegierungen hohe spezifische Festigkeit birgt sie ein besonders Potenzial in der Fertigung von Leichtbaubaustrukturen. Ein begrenzender Faktor ist dabei die hohe Oberflächenrauheit additiv gefertigter Bauteile, die einen negativen Einfluss auf die mechanischen Festigkeitseigenschaften insbesondere unter zyklischer Belastung ausübt. Um die Oberflächenrauheit zu reduzieren werden mit Methoden der statistischen Versuchsplanung Konturparameter entwickelt. Zusätzlich werden die Bildung von Keyhole‐Poren und Strategien zur Reduzierung der oberflächennahen Porosität untersucht. Dabei kann gezeigt werden, dass die Oberflächenrauheit vertikaler Oberflächen auf eine Rauheit von Ra < 7 μm durch eine Konturbelichtung mit EL >0.9 J mm −1 reduziert werden kann. Ab EL >0.6–0.75 Jmm −1 tritt jedoch die Bildung von Keyhole‐Poren ein. Es können zwei Konturparametersätze in verschiedenen EL ‐Bereichen identifiziert werden, mit denen eine Reduktion der Oberflächenrauheit im Vergleich zu Parametersätzen ohne Konturparameter ermöglicht wird, ohne dabei die Porosität in der Konturregion zu erhöhen. Den Einfluss der Konturbelichtung auf die mechanischen Eigenschaften gilt es weiter zu untersuchen.