Welche inneren Defekte treten in Inconel-DMLS-Teilen auf und wie werden sie kontrolliert?
Aus ingenieurtechnischer Sicht werden interne Defekte in DMLS-Inconel-Bauteilen hauptsächlich durch das Zusammenspiel von Laserenergie, Pulverqualität, Scanstrategie und der Unterstützung von Überhängen beeinflusst. Wenn wir kritische Superlegierungsbauteile mittels Direct Metal Laser Sintering (DMLS) fertigen und anschließend durch nachgelagerte Superlegierungs-CNC-Bearbeitungsdienste veredeln, liegt unser Ziel darin, Porosität, Risse und mikrostrukturelle Inhomogenität zu kontrollieren, um die anspruchsvollen Anforderungen der Luft- und Raumfahrt, der Energieerzeugung und der Öl- und Gasindustrie zu erfüllen.
Typische interne Defekte in DMLS-Inconel-Bauteilen
Der häufigste interne Defekt ist die Porosität. Bindefehler (Lack-of-Fusion) entstehen, wenn die Laserenergie unzureichend ist oder sich die Scanspuren überlappen, sodass ungeschmolzene Bereiche zwischen den Schichten verbleiben. Gasporen und Keyhole-Poren entstehen, wenn eingeschlossene Gase oder übermäßige Energie Dampfblasen erzeugen, die beim Erstarren runde Hohlräume bilden. Bei hochfesten Legierungen wie Inconel 718 oder allgemeinen Inconel-Legierungen können diese Poren als Ausgangspunkte für Ermüdungsrisse unter zyklischer Belastung wirken.
Eine weitere Defektklasse sind Mikrorisse, insbesondere Heißrisse entlang der Korngrenzen. Nickelbasierte Superlegierungen besitzen enge Erstarrungsbereiche und hohe Eigenspannungen; wenn Prozessparameter oder Bauteildesign nicht optimiert sind, können thermische Gradienten zu mikroskopischen Rissen im Volumen führen. Schließlich können in abgeschatteten Bereichen, sehr dünnen Wänden oder schlecht wärmeabführenden Zonen ungeschmolzene Partikel und unvollständig wiederaufgeschmolzene Schichten auftreten.
Prozessparameter- und Pulverkontrolle
Die Defektkontrolle beginnt beim Pulver. Wir spezifizieren Inconel-Pulver in Luft- und Raumfahrtqualität mit enger Partikelgrößenverteilung, kugelförmiger Morphologie und niedrigem Sauerstoffgehalt und überwachen Wiederverwendungszyklen, um eine verschlechterte Fließfähigkeit oder Gasaufnahme zu vermeiden. Auf der Prozessseite werden die DMLS-Parameter (Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Schmelzspurabstand, Schichtdicke) sorgfältig für jede Legierung und Bauteildicke abgestimmt und festgelegt.
Strategien wie Streifen- oder Schachbrettscans, Konturpassagen und die Rotation der Scanvektoren werden eingesetzt, um Eigenspannungen zu reduzieren und Wärmeakkumulation in denselben Bereichen zu vermeiden. Für kritische Programme greifen wir auf Prozessfenster zurück, die durch Probekörper und zerstörende Prüfungen entwickelt wurden, und setzen statistische Prozesskontrolle ein, um die Stabilität des Schmelzbads zu gewährleisten. Für viele Endbauteile kombinieren wir DMLS mit Near-Net-Shape-Design und bearbeiten kritische Maße durch CNC-Bearbeitung und, falls erforderlich, durch EDM-Bearbeitung, um oberflächennahe Defekte zu beseitigen.
Nachbearbeitung und zerstörungsfreie Prüfung zur Reduzierung interner Defekte
Die effektivste Methode zur Verringerung der internen Porosität in DMLS-Inconel-Bauteilen ist das Heißisostatische Pressen (HIP). Unter hoher Temperatur und isostatischem Gasdruck schließen sich oberflächennahe Poren und verbinden sich metallurgisch, was die Ermüdungslebensdauer deutlich verbessert. HIP wird in der Regel von einem maßgeschneiderten Wärmebehandlungszyklus für Legierungen wie Inconel 718 gefolgt, der die Bildung der ausscheidungshärtenden Gamma-Prime- und Gamma-Double-Prime-Phasen sowie die mechanischen Eigenschaften optimiert.
Nach HIP und Wärmebehandlung führen wir präzise Präzisionsbearbeitung und CNC-Schleifarbeiten an Dichtflächen, Lagerstellen und Schnittstellen durch, um oberflächennahe Defekte zu beseitigen und Maßgenauigkeit sicherzustellen. Die innere Qualität wird durch zerstörungsfreie Prüfverfahren wie Röntgen- oder CT-Scanning zur Erkennung von Porosität und Bindefehlern, Ultraschallprüfung zur Detektion planer Fehler und, falls erforderlich, Farbeindringprüfung auf Oberflächenrisse verifiziert.
Für die Serienfertigung qualifizieren wir die gesamte Prozesskette – Pulver, DMLS-Bauparameter, HIP, Wärmebehandlung, Endbearbeitung und Inspektion – an repräsentativen Testkomponenten. Dieser integrierte Ansatz ermöglicht es, DMLS-Inconel-Bauteile zu produzieren, die die Zuverlässigkeitsanforderungen von Turbinen-Heißteilen, Wärmetauschern und Hochdruckverteilern erfüllen und gleichzeitig die Designfreiheit und die verkürzten Lieferzeiten der additiven Metallfertigung und CNC-Bearbeitung maßgeschneiderter Komponenten nutzen.
