Prozessparameter-Abhängigkeiten im kontinuierlichen und gepulsten Laserbetriebsmodus beim Oberflächenpolieren von additiv gefertigten Aluminiumbauteilen (AlSi10Mg)

Translated title of the contribution: Process parameter dependencies of continuous and pulsed laser modes on surface polishing of additive manufactured aluminium AlSi10Mg parts

M. Hofele*, J. Schanz, A. Roth, D. K. Harrison, A. K.M. De Silva, H. Riegel

*Corresponding author for this work

Research output: Contribution to journalArticlepeer-review

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Abstract

Laser powder bed fusion is a well-established 3D printing technique for metal alloys, but exhibits a poor surface quality. Laser polishing provides the possibility of a fast contact-free and fully-automatable surface treatment. This paper deals with the experimental investigation of laser polishing of laser powder bed fusion parts made of aluminium AlSi10Mg. Laser polishing is done with a 4 kW solid state disc laser in combination with a multi-axis system and a one dimensional scanner optic. The laser is operated at continuous and pulsed operation mode. The parameter study reveals a high dependency of the achievable roughness on the laser beam intensity, the track and pulse overlap, the energy density and the number of polishing passes and polishing directions. Pulsed laser polishing mode with up to four passes from different directions revealed the lowest surface roughness of 0.14 μm Ra. With respect to the initial average surface roughness of Ra = 8.03 μm a reduction of the surface roughness of greater than 98 % could be achieved. Polishing with continuous laser radiation at one polishing pass resulted in Ra = 0.23 μm at an area rate of 20 cm2/min. Laser polishing using four passes achieved a further improvement up to Ra = 0.14 μm.


Das Laser-Pulverbettschmelzen (L-PBF) ist ein gut etabliertes3D-Druckverfahren für Metalllegierungen, weist jedoch eine schlechteOberflächenqualität auf. Das Laserpolieren bietet die Möglichkeit einerschnellen berührungslosen und voll automatisierbaren Oberflächenbearbeitung mitkurzen Bearbeitungszeiten. Diese Arbeit befasst sich mit der experimentellenUntersuchung des Laserpolierens von Laser-Pulverbettschmelz-Bauteilen ausAluminium AlSi10Mg. Das Laserpolieren wurde mit einem 4 kWFestkörper-Scheibenlaser in Kombination mit einem Mehrachssystem und einereindimensionalen Scanneroptik durchgeführt. Der Laser wurde im kontinuierlichenund gepulsten Betriebsmodus betrieben. Die Parameterstudie zeigt eine hoheAbhängigkeit der erreichbaren Rauheit von der Laserstrahlintensität, der Spur-und Pulsüberdeckung, dem Energieeintrag und der Anzahl der Polierdurchgänge undPolierrichtungen. Das Polieren im gepulsten Laser Betriebsmodus mit bis zu 4Durchgängen aus verschiedenen Richtungen erzielt die geringsteOberflächenrauheit von Ra =0,14 μm. Bezogen auf die mittlereAusgangsoberflächenrauheit von Ra =8,03 μm konnte eine Reduktion derOberflächenrauheit von mehr als 98 % erreicht werden. Das Polieren mitkontinuierlicher Laserstrahlung ergab bei einem Polierdurchgang Ra =0,23 μm beieiner Flächenrate von 20 cm2 /min. Viermaliges Laserpolieren erzielte eineweitere Verbesserung bis zu Ra =0,14 μm.

Translated title of the contributionProcess parameter dependencies of continuous and pulsed laser modes on surface polishing of additive manufactured aluminium AlSi10Mg parts
Original languageGerman
Pages (from-to)409-432
Number of pages24
JournalMaterialwissenschaft und Werkstofftechnik
Volume52
Issue number4
Early online date14 Apr 2021
DOIs
Publication statusPublished - Apr 2021

Keywords

  • Laser polishing
  • surface topography
  • roughness reduction
  • selective laser melting (SLM)
  • surface remelting
  • laser powder bed fusion(L-PBF)

ASJC Scopus subject areas

  • Materials Science(all)
  • Condensed Matter Physics
  • Mechanics of Materials
  • Mechanical Engineering

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