Was verursacht Porosität beim Laserauftragschweißen?
Porosität beim pulverförmigen Laserauftragschweißen kann durch Gase im Pulver oder Schmelzbad oder durch eine instabile Dampfdepression entstehen. Unregelmäßige Hohlräume an Leiterbahn-, Schicht- oder Substratgrenzflächen können hingegen auf mangelnde Verschmelzung hinweisen – nicht auf Gaseinschlüsse, sondern auf unvollständige Verbindung. Klassifizieren Sie den Defekt anhand seiner Morphologie und Lage, bevor Sie die Prozesseinstellungen ändern.
Eine dunkle Markierung im Querschnitt einer polierten Beschichtung reicht nicht aus, um die Ursache zu diagnostizieren. Eine kleine, runde Pore innerhalb einer Beschichtung und ein unregelmäßiger, lokal ebener Hohlraum an einer Grenzfläche werden zwar informell als „Porosität“ bezeichnet, weisen aber auf unterschiedliche Prozessbedingungen hin. Zunächst muss geklärt werden, ob es sich bei der Markierung um eine gasgefüllte Pore oder um einen Hinweis auf unvollständige Verschmelzung handelt. Werden beide als derselbe Defekt behandelt, kann dies zu Korrekturmaßnahmen führen, die die eigentliche Ursache nicht beheben.
Dieser Leitfaden konzentriert sich auf das pulverförmige Laserauftragschweißen und die koaxiale laserbasierte gerichtete Energiedeposition (L-DED). Die beschriebenen Mechanismen sind für diese pulverförmigen Verfahren relevant, ihre relative Bedeutung hängt jedoch von der Legierung, dem Pulverherstellungsverfahren, dem Zuführungssystem, der Düsengeometrie, den Laserparametern und der Bauteilgeometrie ab. Die Erkenntnisse sollten nicht ohne Weiteres auf das Laser-Pulverbett-Schmelzen oder das Drahtauftragschweißen übertragen werden.
Welche Arten von Porosität treten beim Laserauftragschweißen auf?
Bei der Untersuchung der Porosität sind Gasporen, Keyhole-Poren und hohlraumartige Schmelzfehler zu unterscheiden. Gas- und Keyhole-Poren entstehen durch im erstarrenden Material eingeschlossenes Gas. Schmelzfehler hingegen bezeichnen unvollständiges Aufschmelzen oder Verbinden zwischen den aufgebrachten Spuren, Schichten oder dem Substrat und können im Querschnitt als unregelmäßige oder ebene Hohlräume sichtbar sein. Diese Muster liefern nützliche Hinweise zur Diagnose, beweisen aber nicht den Defektmechanismus.
Gasporen
Gaseinschlüsse sind üblicherweise rundlich oder elliptisch und können innerhalb der abgeschiedenen Schicht auftreten, ohne einer Spurgrenze zu folgen. Sie entstehen, wenn Blasen im Schmelzbad verbleiben, bis das Metall erstarrt. Mögliche Ursachen sind eingeschlossenes Gas in den Ausgangsmaterialpartikeln, Gase, die mit der Pulverzufuhr verbunden sind, Gase, die durch materialspezifische Reaktionen freigesetzt werden, oder Hohlräume, die beim Wiederaufschmelzen einer früheren Schicht entstehen. Die Schmelzbadströmung und die fortschreitende Erstarrungsfront bestimmen, ob sich Blasen bewegen, verschmelzen, entweichen oder eingeschlossen werden. Zhang und Kollegen beobachteten einige dieser Verhaltensweisen direkt in einer 2024 durchgeführten In-situ-Röntgenstudie an DED.
Fusionsdefekte
Fehlverklebungen sind in der Regel unregelmäßig, länglich oder stellenweise planar. Sie treten häufig zwischen benachbarten Leiterbahnen oder Schichten bzw. an der Grenzfläche zwischen Beschichtung und Substrat auf. Sie deuten darauf hin, dass die Materialien an der Grenzfläche nicht ausreichend aufgeschmolzen und verbunden sind; es handelt sich nicht um Gaseinschlüsse, selbst wenn ein polierter Querschnitt hohlraumähnliche Strukturen aufweist. Zu geringe effektive Wärmeeinbringung, zu hohe Vorschubgeschwindigkeit, ungeeignete Pulverfördermenge, unzureichende Leiterbahnüberlappung oder eine falsche Fokusposition können dazu beitragen. Oberflächenoxide oder Verunreinigungen können, abhängig vom Materialsystem, ebenfalls die Benetzung und Haftung beeinträchtigen.
Eine reparaturrelevante Studie an 316L-Plattierungen berichtete von kleinen, runden Gaseinschlussporen im abgeschiedenen Material sowie von größeren, unregelmäßigen Bindungsfehlern an der Grenzfläche zwischen Plattierung und Grundwerkstoff. Dieses Beispiel verdeutlicht, warum sowohl Morphologie als auch Lage der Defekte von Bedeutung sind. Die Ergebnisse gelten für die untersuchten 316L-Werkstoffe und Beschichtungssysteme und sollten nicht als allgemeingültige Regel verstanden werden (Revilla & De Graeve, 2022).
Schlüsselloch-bedingte Poren
Eine durch einen Dampfblasenverschluss bedingte Pore kann entstehen, wenn eine hohe lokale Energiedichte eine tiefe Dampfblasenbildung im Schmelzbad erzeugt. Wird diese Vertiefung instabil und kollabiert vor der Erstarrung, kann ein Hohlraum eingeschlossen werden. Dieser Mechanismus sollte nur dann in Betracht gezogen werden, wenn die Prozessbedingungen die Bildung einer Dampfblasenbildung begünstigen; eine runde Pore allein beweist nicht deren Ursprung in einem Dampfblasenverschluss. Das pulvergeführte DED-Verfahren unterscheidet sich zudem vom Laser-Pulverbett-Schmelzen, da Pulverzufuhr, Laserdämpfung und Düsengeometrie die Schmelzbadbedingungen beeinflussen.
Eine Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2024 zum koaxialen pulverbeschickten L-DED-Verfahren behandelt Gaseinschlüsse und Bindefehler als separate Defektkategorien. Sie identifiziert potenzielle Gasquellen wie pulvergebundenes Gas und Metalldampf und beschreibt Anzeichen für Bindefehler an Überlappungsstellen, Schichtgrenzen und der Haftzone zwischen Beschichtung und Substrat (Mo et al., 2024).
Was verursacht Gaseinschlüsse beim Laserauftragschweißen?
Gas eingeschlossen im Metallpulver
Manche Pulverrohstoffe weisen aufgrund ihres Herstellungsverfahrens innere, gasgefüllte Poren auf. Bei gasatomisiertem Pulver kann ein Partikel eine kleine, von außen nicht sichtbare innere Pore enthalten. Beim Schmelzen des Partikels kann das Gas in das Schmelzbad eindringen. Entweicht die Gasblase nicht, bevor das umgebende Metall erstarrt, kann sie in der abgeschiedenen Schicht verbleiben. Eine optisch einwandfreie Pulveroberfläche schließt daher innere Porosität nicht aus.
Zhang et al. (2024) nutzten In-situ-Röntgenbildgebung und Modellierung, um Gasblasen während des DED-Prozesses zu verfolgen. Ihre Beobachtungen zeigten, dass Blasen vom gasatomisierten Pulver in das Schmelzbad gelangten; einige entwichen, andere verschmolzen und wieder andere wurden von der Erstarrungsfront erfasst. Tritt nach einem Pulverchargenwechsel ein Defekt auf, sollten die Pulverhistorie und die Charakterisierung des Ausgangsmaterials in die Untersuchung einbezogen werden, anstatt anzunehmen, dass eine Änderung der Lasereinstellungen das Problem behebt.
Mit dem Pulverstrom in das Schmelzbad eingeführtes Gas wird ebenfalls in das Schmelzbad transportiert.
In koaxialen Pulverfördersystemen transportiert das Trägergas die Partikel durch die Zuleitung und die Düse. Das Gas ist Bestandteil des vorgesehenen Pulverförderprozesses, daher sollte seine Anwesenheit allein nicht als Ursache für Porosität angesehen werden. Strömungsstabilität, Partikelgeschwindigkeit, Konvergenz des Pulverstroms, Düsenausrichtung und Düsenabstand können beeinflussen, wie Partikel in das Schmelzbad gelangen und mit diesem interagieren. Prüfen Sie die Gaszufuhr auf Strömungsanomalien, Leckagen, Verengungen oder eine fehlerhafte Ausrichtung des Gasstroms.
Dies bedeutet nicht, dass Schutzgas automatisch die Ursache für jede Pore ist. Trägergas und Schutzgas haben unterschiedliche Funktionen, und eine Maschine kann separate Strömungswege aufweisen. Eine ausführlichere Erklärung finden Sie im Leitfaden mit dem Titel „…“.Welches Gas wird beim Laserauftragschweißen verwendet?
Gas, das aus dem Material oder einer früheren Ablagerung freigesetzt wurde
Das Substrat und zuvor aufgebrachte Spuren können bereits kleine Poren oder andere Unregelmäßigkeiten aufweisen. Beim erneuten Aufschmelzen des Materials in einem nachfolgenden Durchgang können sich einige vorhandene Hohlräume in das neue Schmelzbad öffnen und übertragen oder umverteilt werden. Materialspezifische Reaktionen können ebenfalls Gase freisetzen. Feuchtigkeit ist in bestimmten Pulver- und Legierungssystemen ein möglicher Faktor; Übersichtsartikel zur Laser-Metall-Abscheidung behandeln die Pulvertrocknung, sofern diese relevant ist (Cheng et al., 2022). Gehen Sie nicht davon aus, dass Feuchtigkeit die Ursache für jede Legierung oder jede Pore ist.
Blasen, die vor dem Erstarren des Schmelzbades eingeschlossen werden
Eine Blase steigt nicht automatisch aus einer Schmelzspur auf. Ihre Bewegung hängt von ihrer Größe, ihrem Auftrieb, der Schmelzbadkonvektion, der Viskosität und der verbleibenden Zeit bis zur Erstarrung ab. Die Röntgenstudie von 2024 beobachtete Blasen, die sich mit der Schmelzströmung bewegten, verschmolzen, entwichen oder von der fortschreitenden Erstarrungsfront eingefangen wurden. Deshalb ist „langsames Abkühlen“ keine Universallösung: Strömungsfeld, Blasengröße und Schmelzbadgeometrie spielen ebenfalls eine Rolle.
Kann Laserleistung Porosität beim Laserauftragschweißen verursachen?
Ja, aber der Zusammenhang ist nicht einfach „mehr Leistung bedeutet weniger Poren“ oder „weniger Leistung bedeutet weniger Poren“. Das Ergebnis hängt davon ab, wie viel Energie im Verhältnis zur Pulverförderrate, der Vorschubgeschwindigkeit, der Spotgröße und dem Materialverhalten das Schmelzbad erreicht.
Ist die effektive Energiezufuhr zu gering, schmilzt das Pulver möglicherweise nicht vollständig, und das Schmelzbad schmilzt die vorherige Leiterbahn oder das Substrat nicht ausreichend auf. Diese Bedingungen begünstigen Schmelzfehler. Im anderen Extremfall kann eine zu hohe lokale Energiedichte in bestimmten Prozessfenstern Metalldampf und eine instabile Dampfdepression erzeugen, wodurch ein anderer Weg zur Porenbildung entsteht. Eine Änderung der Laserleistung kann daher einen Defektmechanismus verringern, gleichzeitig aber einen anderen verstärken.
Eine Studie aus dem Jahr 2023 zur DED-Bearbeitung von AlSi10Mg mittels Blaulaser nutzte Hochgeschwindigkeitsbildgebung und Röntgen-Computertomographie, um Bindefehler, sphärische Gaseinschlüsse und größere, unregelmäßige Poren zu unterscheiden. Die Autoren ordneten die Defekttypen den Prozessbedingungen für ihr spezifisches Material und ihre Versuchsanordnung zu. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, den Defekt zu diagnostizieren, bevor Parameter angepasst werden; es handelt sich nicht um eine allgemeingültige Parametervorgabe für andere Laser, Legierungen oder Beschichtungsköpfe (Wang et al., 2023).
Bei der Untersuchung der Porosität sollten Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Pulverfördermenge, Spotgröße, Abstand zum Scanner, Spurüberlappung und Substratbeschaffenheit überprüft werden. Die aufgezeichneten Parameter dienen als Ausgangswerte, und die Variablen werden systematisch verändert. Die Laserleistung sollte nicht allein aufgrund des Vorhandenseins von Poren im Querschnitt erhöht werden.
Wie lässt sich die Ursache der Porosität ermitteln?
Beginnen Sie mit dem beobachteten Befund und arbeiten Sie sich dann rückwärts durch den Prozess. Die folgende Tabelle dient als Screening-Leitfaden: Sie hilft bei der Priorisierung der Untersuchungen, aber die Morphologie allein kann den Ursprung einer Pore oder eines Hohlraums nicht beweisen.
| Beobachteter Hinweis | Mögliche Interpretation | Was Sie als Nächstes überprüfen sollten |
| Kleine, abgerundete Poren innerhalb der abgelagerten Schicht | Im Schmelzbad eingeschlossenes Gas oder rohstoffbedingte Porosität | Pulvercharge und Partikelzustand, Pulverhandhabung, Schnitte von mehreren Standorten und Prozessstabilität |
| Unregelmäßige oder längliche, hohlraumartige Anzeigen an Gleis- oder Schichtgrenzen | Mögliche mangelnde Verschmelzung (unvollständige Bindung, nicht unbedingt eine Gaspore) | Laserfokus, Vorschubgeschwindigkeit, Pulverfördermenge, Spurüberlappung, Umschmelztiefe und Oberflächenbeschaffenheit |
| Hohlraumartige Indikationen konzentrierten sich an der Grenzfläche zwischen Beschichtung und Substrat. | Mögliche mangelnde Verschmelzung, unvollständige Verbindung oder Verunreinigungen an der Grenzfläche | Substratvorbereitung, Parameter der ersten Schicht, Oxidzustand und Grenzflächenmetallographie |
| Nach einer Pulverchargenänderung entstehen Poren. | Mögliche rohstoffbedingte Änderungen | Vergleichen Sie Pulverzertifikate, Partikelgrößenverteilung, Handhabungs-/Lagerungshistorie und repräsentative Pulverproben. |
| Die Porengröße variiert je nach Prozesseinstellungen oder Position. | Mögliche Instabilität des Schmelzbades oder der Pulverzufuhr | Maschinenprotokolle, Düsenzustand, Pulverstrahlausrichtung und wiederholbare Teststrecken prüfen |
Für eine zuverlässige Diagnose sollten Sie Querschnitte von mehreren Stellen und, wenn möglich, in verschiedenen Ausrichtungen anfertigen. Dokumentieren Sie Größe, Form, Flächenanteil und Position der Anzeige relativ zu den Spurrändern und dem Substrat. Ein einzelner Querschnitt kann Defekte übersehen oder einen dreidimensionalen Hohlraum fälschlicherweise klein erscheinen lassen. Bestätigen und klassifizieren Sie bei der Fehlersuche in der Produktion zunächst die Anzeige. Vergleichen Sie betroffene und nicht betroffene Proben. Überprüfen Sie die Pulvercharge, die Lagergeschichte, den Zuführer und die Düse. Prüfen Sie das Prozessprotokoll. Führen Sie anschließend kontrollierte Versuche durch, indem Sie, wenn möglich, jeweils nur eine Variable ändern. Überprüfen Sie die Anzeige erneut mit derselben Methode und dokumentieren Sie das Ergebnis.
Metallografie oder Röntgen-Computertomografie: Welche Prüfmethode sollten Sie anwenden?
Die Metallographie ist ein praktischer erster Schritt zur Untersuchung der lokalen Porenmorphologie, der Leiterbahnüberlappung und der Grenzflächenhaftung. Da sie zerstörend ist und nur den präparierten Ausschnitt darstellt, sind die Lage des Ausschnitts und die Qualität der Präparation entscheidend. Die Röntgen-Computertomographie (CT) kann die dreidimensionale Verteilung innerer Poren ohne Präparation des gesamten Prüfkörpers darstellen. Die erreichbare Auflösung hängt jedoch von der Bauteilgröße, der Materialdämpfung, der verwendeten Ausrüstung und dem kleinsten zu detektierenden Defekt ab. CT ist nicht für jedes Serienteil zwingend erforderlich; die Prüfmethode sollte anhand der Bauteilspezifikation und des Risikos ausgewählt werden.
Wie lässt sich Porosität beim Laserauftragschweißen verhindern?
Prävention ist am wirksamsten, wenn sie auf den bei der Diagnose identifizierten Mechanismus abzielt. Nutzen Sie die folgenden Prüfungen als Prozessentwicklungssequenz, nicht als universelle Parametervorgabe.
Pulverzustand und Chargenkonsistenz prüfen
Prüfen Sie das Pulverzertifikat, die Legierungsbezeichnung, die Partikelgrößenverteilung und den Herstellungsprozess. Vergleichen Sie Chargen, wenn ein Fehler plötzlich auftritt. Beachten Sie die Lagerungs- und Trocknungsanweisungen des Pulverlieferanten für die jeweilige Legierung; wenden Sie keine willkürliche Trocknungstemperatur oder -zeit an. Bei Verdacht auf innere Pulverporosität fordern Sie eine Rohstoffcharakterisierung an oder vergleichen Sie repräsentative Pulverproben mithilfe einer geeigneten Prüfmethode.
Bereiten Sie das Substrat und die vorherige Schicht vor.
Öl, Fett, Rost, lose Oxide, Bearbeitungsrückstände und andere Verunreinigungen müssen mit einem für das Substrat und das qualifizierte Verfahren geeigneten Verfahren entfernt werden. Die Oberfläche muss vor der Beschichtung trocken sein. Bereits aufgebrachte Leiterbahnen sind vor dem Auftragen einer weiteren Schicht zu prüfen; Unregelmäßigkeiten in einer früheren Schicht können wieder aufgeschmolzen oder in das nachfolgende Material übertragen werden.
Pulverzufuhr und Hüllrohr stabilisieren
Prüfen Sie Zuführung, Schläuche, Pulverleitung, Düse und Pulverstrahlausrichtung. Stellen Sie sicher, dass das gewählte Pulver mit Zuführung und Förderleitung kompatibel ist, und achten Sie auf Verstopfungen, Leckagen, Brückenbildung oder ungewöhnliche Schwankungen des Pulverflusses. Überprüfen Sie die Wiederholbarkeit nach Möglichkeit anhand eines repräsentativen Testlaufs anstatt sich auf einen einzelnen kurzen Test zu verlassen.
DerOurCladding Pulverförderer für PTAW- und LaserauftragschweißenDiese Seite beschreibt die verfügbaren Dosiererkonfigurationen und die veröffentlichten Dosierspezifikationen. Nutzen Sie diese Angaben, um die Kompatibilität mit dem Pulver und der erforderlichen Förderrate zu prüfen und anschließend die tatsächliche Dosierstabilität mit dem gewählten Material und der gewählten Maschinenkonfiguration zu verifizieren. Die Nennspezifikation eines Dosierers ersetzt nicht die Prozessqualifizierung.
DerÜbersicht des LaserauftragschweißkopfesBeschreibt die Verbindung zwischen Laserstrahl und Pulverförderkomponente. Prüfen Sie bei der Fehlersuche die Zeichnung und die Anleitung für den Laserkopf und die Düse; koaxiale und seitliche Zuführungskonstruktionen haben unterschiedliche Gaswege, Pulverbahnen und Justieranforderungen.
Optimieren Sie den Prozess als eine Gruppe verknüpfter Variablen
Optimieren Sie Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Pulverfördermenge, Spotgröße, Abstand und Spurüberlappung durch kontrollierte Versuche. Ändern Sie nach Möglichkeit jeweils nur eine Variable und dokumentieren Sie das Ergebnis. Stellen Sie sicher, dass das Pulver vollständig aufgeschmolzen ist und das Schmelzbad die vorherige Spur bzw. das Substrat wie gewünscht erneut aufschmilzt. Vermeiden Sie dabei Bedingungen, die zu einer instabilen Dampfdruckunterdrückung führen. Ermitteln Sie das Prozessfenster für die jeweilige Legierung, das Pulver, den Beschichtungskopf und die Bauteilgeometrie.
Bei Prüfungen im Zusammenhang mit Gasen ist die Trägergaszufuhr von der Abschirmung zu unterscheiden; die Anweisungen für den jeweiligen Hüllrohrkopf sind zu beachten.Unser Leitfaden zur Auswahl von Laserauftragschweißgasenerläutert die verschiedenen Funktionen des Pulvertransportgases und der lokalen Abschirmung; verwenden Sie beim Überprüfen des Gasflusses das tatsächliche Maschinengaswegdiagramm.
Die Beschichtung muss vor der Freigabe des Prozesses geprüft werden.
Bestätigen Sie die Verbesserungen mit der für die Anwendung erforderlichen Prüfmethode. Je nach Bauteil können dies Sichtprüfungen, metallografische Schliffe, Röntgen- oder Computertomografie, Härteprüfungen und weitere mechanische oder Korrosionsprüfungen umfassen. Dokumentieren Sie die Pulvercharge, den Substratzustand, die Maschinenkonfiguration, die Parametereinstellungen, die Prüfmethode und das Abnahmeergebnis, um einen erfolgreichen Prozess reproduzieren zu können.
Lässt sich Porosität in einer fertigen laserplattierten Schicht reparieren?
Manchmal ist eine Entscheidung möglich, hängt aber von Lage, Größe, Verteilung, Schichtdicke, Bauteilfunktion und den geltenden Akzeptanzkriterien der Poren oder Hohlräume ab. Eine kleine, isolierte Stelle in einem unkritischen Bereich kann anders behandelt werden als ein zusammenhängendes Porennetzwerk oder ein unvollständiger Haftungsfehler an einer stark beanspruchten Beschichtungsgrenzfläche. Bei druckführenden, ermüdungskritischen oder sicherheitsrelevanten Bauteilen sind die maßgeblichen Spezifikationen und das zugelassene Reparaturverfahren zu befolgen, anstatt die Akzeptanz allein anhand des Aussehens zu beurteilen.
Eine Reparatur kann das Entfernen der beschädigten Beschichtung bis zum intakten Material, die erneute Vorbereitung des Bereichs und das Aufbringen des Materials mit einem qualifizierten Verfahren erfordern. Das bloße Aufschmelzen der Oberfläche garantiert nicht, dass innere Poren oder Grenzflächenfehler verschwinden; es kann auch die Verdünnung, das Mikrogefüge und die Eigenspannungen verändern. Prüfen Sie den reparierten Bereich erneut mit der in der Bauteilspezifikation vorgeschriebenen Methode.
Benötigen Sie ein automatisiertes Laserauftragschweißsystem für Ihre Anwendung?
Die Kontrolle der Porosität hängt von mehr als nur der Laserquelle ab. Pulverzufuhr, Konstruktion von Beschichtungskopf und Düse, Bewegungssteuerung, Werkstückspannung und Prozessparameter müssen auf Material und Bauteil abgestimmt sein. OurCladding bietet automatisierte Laserauftragschweißanlagen und Pulverzufuhrlösungen für die industrielle Oberflächenreparatur und den Verschleißschutz.
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Häufig gestellte Fragen
Was ist die Hauptursache für Porosität beim Laserauftragschweißen?
Es gibt keine eindeutige Ursache. Gas kann mit dem Pulver eindringen oder im Schmelzbad eingeschlossen bleiben, während unzureichendes Aufschmelzen zu Bindefehlern führen kann. Die wahrscheinliche Ursache hängt von der Morphologie, der Lage und der Verteilung der Anzeige sowie der Material-/Prozesskombination ab.
Kann Feuchtigkeit in Metallpulver Porosität verursachen?
Feuchtigkeit kann in einigen Pulver- und Legierungssystemen zu gasbedingten Defekten beitragen, ist aber nicht die Ursache für jede Pore. Beachten Sie die Lagerungs- und Trocknungsanweisungen des Pulverherstellers und unterscheiden Sie zwischen feuchtigkeitsbedingten Gasen und bereits vorhandenen inneren Poren im Pulver.
Führt eine Erhöhung der Laserleistung zu einer Verringerung der Porosität?
Bei unzureichender effektiver Energiezufuhr kann dies das Risiko mangelnder Verschmelzung verringern, jedoch kann eine zu hohe lokale Energiedichte unter bestimmten Bedingungen zu einer instabilen Dampfdepression führen. Die Leistung muss zusammen mit der Scangeschwindigkeit, der Pulverförderrate, der Spotgröße, dem Abstand und der Konfiguration des Beschichtungskopfes optimiert werden.
Kann Schutzgas Poren beim Laserauftragschweißen verursachen?
Die Gasströmungsbedingungen können den Pulvertransport und die Atmosphäre um das Schmelzbad beeinflussen, wobei Trägergas und Schutzgas unterschiedliche Funktionen erfüllen. Das Schutzgas sollte nicht automatisch als alleiniges Fehlerursache herangezogen werden. Vor einer Änderung der Gaseinstellungen sind die tatsächlichen Gaswege, die Strömungsstabilität, die Düsengeometrie, der Pulverzustand und die Lage von Fehlern zu überprüfen.
Worin besteht der Unterschied zwischen Gasporen und Bindefehlern?
Gasporen sind gasgefüllte Hohlräume, die meist rund sind und im abgeschiedenen Material vorkommen. Fehlbindungen entstehen durch unvollständiges Aufschmelzen oder Verbinden und sind an Leiterbahn-, Schicht- oder Substratgrenzflächen häufiger unregelmäßig oder länglich. Sie können im Querschnitt wie Hohlräume aussehen, beruhen aber nicht auf demselben Defektmechanismus. Form und Lage liefern Hinweise, ermöglichen aber keine eindeutige Diagnose.
Wie lassen sich innere Poren in einer laserplattierten Beschichtung nachweisen?
Metallografische Querschnitte geben Aufschluss über die lokale Porenform, die Überlappung von Spuren und den Zustand der Grenzflächen. Röntgenradiografie oder Computertomografie können, abhängig von der Bauteilgeometrie, der Materialdämpfung und der erforderlichen Auflösung, interne Defekte untersuchen.
Technische Referenzen
Die nachfolgenden Studien untermauern die in diesem Artikel diskutierten Defektmechanismen und Diagnosepunkte. Die experimentellen Ergebnisse sind spezifisch für die von den jeweiligen Forschungsteams verwendeten Materialien, Geräte und Bedingungen; sie sollten nicht als universelle Maschineneinstellungen betrachtet werden.
Zhang, K., Chen, Y., Marussi, S., et al. (2024). „Porenentwicklungsmechanismen während der additiven Fertigung mittels gerichteter Energiedeposition.“ Nature Communications, 15, 1715.https://doi.org/10.1038/s41467-024-45913-9
Mo, B., Li, T., Deng, L., Shi, F., Liu, W. & Zhang, H. (2024). „Mechanismen und Einflussfaktoren der Defektbildung bei der laserbasierten gerichteten Energiedeposition mit koaxialer Pulverzufuhr: ein Überblick.“ Virtual and Physical Prototyping, 19(1), e2404155.https://doi.org/10.1080/17452759.2024.2404155
Cheng, J., Xing, Y., Dong, E., et al. (2022). „Ein Überblick über die Lasermetallabscheidung für die Beschichtung: Defektbildungsmechanismen, Methoden zur Defektunterdrückung und Leistungsverbesserungen laserbeschichteter Schichten.“ Materials, 15(16), 5522.https://doi.org/10.3390/ma15165522
Wang, A., Wei, Q., Tang, Z., et al. (2023). „Einfluss von Prozessparametern auf Porendefekte bei der gerichteten Energiedeposition von Aluminium mittels blauem Laser durch In-situ- und Ex-situ-Beobachtung.“ Journal of Materials Processing Technology, 319, 118068.https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2023.118068
Revilla, RI, & De Graeve, I. (2022). „Mikrostrukturelle Merkmale, Defekte und Korrosionsverhalten von 316L-Edelstahlplattierungen, die mittels pulver- und laserbasierter direkter Energiedeposition auf Schmiedematerial aufgebracht wurden, mit Relevanz für Reparaturanwendungen.“ Materials, 15(20), 7181.https://doi.org/10.3390/ma15207181
Veröffentlichungsdatum: 13. November 2026