Modelling of temperatures and heat flow within laser sintered part cake

Zielsetzung

Temperatureffekte im Polymer-Lasersinterprozess sind ein wichtiger Aspekt hinsichtlich der Prozessreproduzierbarkeit und der Bauteilqualität. Je nach Auftragslayout und Position innerhalb des Bauteilkuchens ergeben sich individuelle Temperaturverläufe während des Prozesses. Temperaturverlaufsabhängige Effekte sind z.B. der Bauteilverzug, die Kristallisationsrate und Pulveralterungseffekte. Diese Arbeit konzentriert sich auf Temperaturen und Wärmeflüsse innerhalb von Laser-Sinter-Bauteilkuchen.

Verfahren

Dazu wird ein thermisches Finite-Elemente-Modell (FE) eines Bauteilkuchens entwickelt, das auf experimentellen Temperaturmessungen in
in-situ Messungen (Abbildung 1). Die Bestimmung des Wärmeflusses innerhalb von lasergesinterten Bauteilkuchen erfordert experimentelle Informationen über die dreidimensionale Temperaturverteilung und den Temperaturverlauf im Pulver als Referenz für die Modellentwicklung. Da die Größe des Bauteilkuchens während der Aufbauphase kontinuierlich zunimmt, wird hier nur die Abkühlphase für die Modellentwicklung ausgewählt. Experimentelle Temperaturmessungen dienen zum einen der Spezifizierung der Temperaturverteilung und der Bestimmung des Beginns der Abkühlphase, zum anderen der Validierung und Überprüfung der Genauigkeit des Modells. Die thermischen Randbedingungen und die Eigenschaften des verwendeten Polymerpulvers werden analysiert und die relevanten Parameter identifiziert. Das FE-Modell wird unter Berücksichtigung verschiedener Auftragshöhen und Umgebungsbedingungen während der Abkühlphase validiert und optimiert.