Laser-Pulver-Bett-Fusion (LPBF)

Stellen Sie sich vor, Sie könnten komplexe Metallobjekte mit unvergleichlicher Präzision Schicht für Schicht aus einem Pool von Metallstaub herstellen. Das ist keine Science-Fiction, sondern die Realität des Laser Powder Bed Fusion (LPBF), eine revolutionäre 3D-Drucktechnologie, die die Fertigungslandschaft verändert.

LPBF, auch bekannt als Selektives Laserschmelzen (SLM) oder Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS), hat die Türen zur Herstellung komplizierter Metallteile mit einzigartigen Geometrien und hervorragenden Eigenschaften geöffnet. Aber wie genau funktioniert das? Schnallen Sie sich an, denn wir tauchen tief in die Welt des LPBF ein und erforschen sein Potenzial, die Metallpulver, die dieses Verfahren antreiben, und die spannenden Anwendungen, die es fördert.

Wie funktioniert LPBF?

Stellen Sie sich LPBF als einen hochentwickelten Bildhauer vor, der einen Laserstrahl statt eines Meißels benutzt. Hier ist eine Aufschlüsselung des Prozesses:

1. Vorbereitung des Pulverbettes: Eine dünne Schicht aus feinem Metallpulver wird sorgfältig auf einer Plattform in einer Druckerkammer verteilt. Dieses Pulver, der Baustein Ihrer Kreation, gibt es in verschiedenen Metallen, von denen jedes seine eigenen Eigenschaften hat. Wir werden die faszinierende Welt der Metallpulver im weiteren Verlauf des Artikels näher erläutern.
2. Laserschmelzen und Zünder: Ein leistungsstarker Laserstrahl fungiert als Meißel des Bildhauers, der den gewünschten Querschnitt der ersten Schicht akribisch auf das Pulverbett zeichnet. Die Intensität des Lasers wird präzise gesteuert, sodass die Pulverpartikel an den gewünschten Stellen schmelzen und miteinander verschmelzen.
3. Ebene für Ebene erstellen: Sobald die erste Schicht erstarrt ist, senkt sich die Plattform leicht ab, und eine neue Pulverschicht wird aufgetragen. Der Laser tanzt dann über diese neue Schicht und verschmilzt sie mit der verfestigten Schicht darunter. Dieser akribische Prozess wiederholt sich und baut das Objekt Schicht für Schicht auf, bis das endgültige Design fertig ist.
4. Unterstützung bei der Entfernung: Nach dem Druckvorgang ist das fertige Objekt noch von ungeschmolzenem Pulver umhüllt. Dieses Stützpulver wird dann durch verschiedene Techniken wie Sand- oder Perlstrahlen entfernt, so dass das fertige Meisterwerk zum Vorschein kommt.

LPBF bietet eine unvergleichliche Designfreiheit. Im Gegensatz zu herkömmlichen subtraktiven Fertigungstechniken wie der maschinellen Bearbeitung, bei der Material von einem massiven Block abgetragen wird, ermöglicht LPBF die Erstellung komplizierter interner Merkmale, Kanäle und Hohlstrukturen, die mit herkömmlichen Methoden unmöglich wären. Stellen Sie sich vor, Sie drucken einen leichten und dennoch robusten Wärmetauscher mit komplexen inneren Kanälen für eine optimale Wärmeübertragung - das ist die Leistung von LPBF.

Tanken LPBF Kreationen

Der Erfolg von LPBF hängt von der Qualität und den Eigenschaften des verwendeten Metallpulvers ab. So wie Künstler ihre bevorzugten Farben und Bildhauer ihre bevorzugten Tone haben, verlassen sich LPBF-Praktiker auf eine breite Palette von Metallpulvern, um ihre Visionen zum Leben zu erwecken. Hier sind zehn häufig verwendete Metallpulver, jedes mit seinen eigenen Stärken und Anwendungen:

Metallpulver	Zusammensetzung	Eigenschaften	Anwendungen
Rostfreier Stahl 316L	Fe (Eisen), Cr (Chrom), Ni (Nickel), Mo (Molybdän)	Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit, biokompatibel	Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate, chemische Verarbeitungsanlagen
Titan Ti6Al4V	Ti (Titan), Al (Aluminium), V (Vanadium)	Hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, ausgezeichnete Biokompatibilität, gute Korrosionsbeständigkeit	Luft- und Raumfahrtkomponenten, medizinische Implantate, Sportartikel
Inconel 625	Ni (Nickel), Cr (Chrom), Mo (Molybdän), Fe (Eisen)	Außergewöhnliche Hochtemperaturleistung, gute Korrosionsbeständigkeit	Turbinenschaufeln, Wärmetauscher, chemische Verarbeitungsanlagen
Aluminium AlSi10Mg	Al (Aluminium), Si (Silizium), Mg (Magnesium)	Geringes Gewicht, gute Festigkeit, hohe Korrosionsbeständigkeit	Automobilkomponenten, Strukturen für die Luft- und Raumfahrt, Wärmesenken
Kupfer	Cu (Kupfer)	Hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit	Wärmetauscher, elektrische Komponenten, Wellenleiter
Nickel	Ni (Nickel)	Hohe Korrosionsbeständigkeit, gute Duktilität	Chemische Verarbeitungsanlagen, elektronische Komponenten
Kobalt-Chrom CoCrMo	Co (Kobalt), Cr (Chrom), Mo (Molybdän)	Hohe Verschleißfestigkeit, biokompatibel	Gelenkersatz, Schneidwerkzeuge, Zahnimplantate
Werkzeugstahl	Variiert je nach Typ (z. B. H13)	Hohe Härte, gute Verschleißfestigkeit	Matrizen, Gussformen, Schneidwerkzeuge
Inconel 718	Ni (Nickel), Cr (Chrom), Fe (Eisen), Nb (Niob)	Hohe Festigkeit, ausgezeichnete Kriechbeständigkeit bei hohen Temperaturen	Turbinenscheiben, Komponenten von Raketentriebwerken, Druckbehälter
Molybdän	Mo (Molybdän)	Hoher Schmelzpunkt, gute Wärmeleitfähigkeit	Elektroden, Schmelztiegel, Hochtemperaturanwendungen

Diese Tabelle gibt einen Einblick in die vielfältige Welt der in LPBF verwendeten Metallpulver. Die Wahl des Pulvers hängt von den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts ab. Wenn Sie beispielsweise ein medizinisches Implantat herstellen, das der rauen Umgebung im menschlichen Körper standhalten muss, wären biokompatible Materialien wie Edelstahl 316L oder Titan Ti6Al4V die ideale Wahl. Wenn Sie hingegen eine Turbinenschaufel drucken, die extremen Temperaturen und Drücken standhalten muss, wäre ein Hochtemperaturwerkstoff wie Inconel 625 die bessere Wahl.

Mehr als nur die Grundlagen: Parameter und Überlegungen

Während das Kernkonzept von LPBF einfach erscheint, erfordert das Erreichen konsistenter, qualitativ hochwertiger Ergebnisse eine sorgfältige Kontrolle mehrerer Parameter:

• Laserleistung und Scan-Geschwindigkeit: Die Leistungsdichte des Lasers (eine Kombination aus Leistung und Scangeschwindigkeit) bestimmt die Tiefe und Breite des geschmolzenen Metalls. Eine höhere Leistungsdichte erzeugt ein tieferes Schmelzbad, was zu dickeren Schichten und potenziell höheren Eigenspannungen im fertigen Teil führt. Umgekehrt erzeugt eine geringere Leistungsdichte ein flacheres Schmelzbad, was zu dünneren Schichten und potenziell besseren mechanischen Eigenschaften führt. Das optimale Gleichgewicht zwischen diesen Faktoren zu finden, ist entscheidend.
• Schichtdicke des Pulvers: Die Dicke der einzelnen Pulverschichten hat erhebliche Auswirkungen auf die Auflösung und die Oberflächenbeschaffenheit des fertigen Teils. Dünnere Schichten bieten feinere Details, benötigen aber mehr Druckzeit und können anfälliger für Defekte wie Porosität sein. Umgekehrt ermöglichen dickere Schichten einen schnelleren Druck, können aber zu einer raueren Oberflächenbeschaffenheit führen.
• Inertgas-Atmosphäre: LPBF findet normalerweise in einer geschlossenen Kammer statt, die mit einem Inertgas wie Argon oder Helium gefüllt ist. Dies verhindert die Oxidation des geschmolzenen Metalls während des Druckvorgangs und gewährleistet die Qualität und Integrität des fertigen Teils.

Der letzte Schliff: Nachbearbeitungstechniken

Nach Abschluss des LPBF-Prozesses ist das frisch gedruckte Objekt noch nicht ganz einsatzbereit. Hier sind einige gängige Nachbearbeitungstechniken aufgeführt:

• Unterstützung bei der Entfernung: Wie bereits erwähnt, ist das gedruckte Objekt oft von ungeschmolzenem Stützpulver umgeben. Techniken wie Sandstrahlen oder Perlstrahlen werden eingesetzt, um dieses Pulver sorgfältig zu entfernen und das fertige Teil freizulegen.
• Wärmebehandlung: Wärmebehandlungsverfahren wie Spannungsarmglühen oder Glühen können eingesetzt werden, um die mechanischen Eigenschaften des fertigen Teils durch den Abbau von Eigenspannungen und die Optimierung des Gefüges zu verbessern.
• Bearbeitungen: In einigen Fällen können Nachbearbeitungsschritte erforderlich sein, um bestimmte Maßtoleranzen oder Oberflächengüten zu erreichen.

Anwendungen von LPBF

Die Fähigkeit von LPBF, komplexe Geometrien mit überlegenen Materialeigenschaften zu schaffen, hat die Türen zu einer Vielzahl von bahnbrechenden Anwendungen in verschiedenen Branchen geöffnet:

Luft- und Raumfahrt & Verteidigung: LPBF ist ein entscheidender Faktor in der Luft- und Raumfahrt, der die Herstellung von leichten und dennoch hochfesten Komponenten für Flugzeuge, Satelliten und Raumfahrzeuge ermöglicht. Man denke nur an komplizierte Raketentriebwerksteile, komplexe Wärmetauscher und sogar Gitterstrukturen zur Gewichtsreduzierung. Im Verteidigungssektor wird LPBF zur Herstellung kundenspezifischer Waffenkomponenten und leichter Panzerungen mit hervorragenden ballistischen Eigenschaften verwendet.

Medizin und Zahnmedizin: Die Biokompatibilität bestimmter Metallpulver macht LPBF zu einem wertvollen Werkzeug im medizinischen und zahnmedizinischen Bereich. LPBF-gedruckte Implantate wie Hüftprothesen, Kniegelenke und Zahnkronen bieten eine hervorragende Biokompatibilität, eine verbesserte Osseointegration (Verschmelzung mit dem Knochen) und die Möglichkeit, maßgeschneiderte Implantate für einzelne Patienten herzustellen.

Automobilindustrie: Die Automobilindustrie setzt LPBF zunehmend ein, um leichte Komponenten für Rennwagen und Hochleistungsfahrzeuge herzustellen. Denken Sie an komplizierte Getriebegehäuse, komplexe Kühlkanäle in Kolben und sogar maßgeschneiderte Komponenten für Elektromotoren.

Konsumgüter: LPBF dringt auch in den Konsumgüterbereich vor. Von maßgefertigtem Schmuck und Sportgeräten über leichte Kamerakomponenten bis hin zu personalisierten Prothesen - die Möglichkeiten sind endlos.

Vorteile und Beschränkungen von LPBF

LPBF verfügt über mehrere überzeugende Vorteile, die es zu einer äußerst attraktiven Fertigungstechnologie machen:

• Gestaltungsfreiheit: Im Gegensatz zu den traditionellen subtraktiven Verfahren ermöglicht LPBF die Herstellung komplexer interner Merkmale, Kanäle und hohler Strukturen, wodurch die Grenzen der Designmöglichkeiten erweitert werden.
• Gewichtsreduzierung: Die Fähigkeit, komplizierte Gitterstrukturen zu erzeugen und das Teiledesign für minimalen Materialeinsatz zu optimieren, macht LPBF ideal für die Herstellung leichter, hochfester Komponenten.
• Materialeffizienz: LPBF bietet im Vergleich zu herkömmlichen Methoden nur minimalen Materialabfall und ist damit eine nachhaltigere Option.
• Anpassungen: LPBF erleichtert die Herstellung von maßgeschneiderten Teilen, die sich ideal für Anwendungen wie medizinische Implantate und personalisierte Produkte eignen.

Allerdings gibt es auch bei der LPBF Grenzen zu beachten:

• Kosten: LPBF-Maschinen und Metallpulver können teuer sein, weshalb sich diese Technologie für hochwertige Anwendungen oder die Produktion kleiner Chargen eignet.
• Oberfläche: LPBF-Teile können zwar gute Oberflächengüten erzielen, erfordern aber für bestimmte Anwendungen möglicherweise eine zusätzliche Nachbearbeitung.
• Beschränkungen der Baugröße: Die derzeitigen LPBF-Maschinen sind in der Größe der Teile, die sie herstellen können, begrenzt.
• Komplexität der Prozesse: LPBF erfordert eine sorgfältige Kontrolle der Parameter und Fachwissen, um konsistente, hochwertige Ergebnisse zu erzielen.

LPBF im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien

LPBF nimmt einen besonderen Platz in der weiten Welt der 3D-Drucktechnologien ein. Hier ein kurzer Vergleich von LPBF mit anderen gängigen Verfahren:

Merkmal	LPBF	Fused Deposition Modeling (FDM)	Stereolithographie (SLA)	Selektives Laser-Sintern (SLS)
Prozess	Laserschmelzen von Metallpulver	Extrusion von geschmolzenem Kunststoff-Filament	Bottich-Photopolymerisation mit einem Laser	Selektive Sinterung von Polymerpulver
Materialien	Metalle	Thermoplastische Kunststoffe	Fotopolymere	Thermoplastische Kunststoffe
Teil Komplexität	Hoch	Mäßig	Hoch	Mäßig
Oberfläche	Gut (kann Nachbearbeitung erfordern)	Mäßig	Hoch	Mäßig
Stärke und Langlebigkeit	Hoch	Mäßig	Mäßig	Mäßig
Anwendungen	Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Automobilindustrie	Prototyping, Funktionsteile	Prototyping, Modelle, medizinische Anwendungen	Prototyping, Funktionsteile
Kosten pro Teil	Hoch	Niedrig	Mäßig	Mäßig

Wie Sie sehen, eignet sich LPBF hervorragend für die Herstellung hochfester, komplexer Metallteile und ist damit ideal für anspruchsvolle Anwendungen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt oder der Medizin. FDM bietet jedoch eine kostengünstigere Option für das Prototyping und die Herstellung von Funktionsteilen aus verschiedenen Thermoplasten. SLA und SLS eignen sich gut für Anwendungen, die hochauflösende Details und glatte Oberflächen für Prototypen oder spezielle Funktionsteile erfordern.

Sie wollen also in LPBF eintauchen?

Wenn Sie erwägen, LPBF in Ihren Fertigungsprozess zu integrieren, sollten Sie einige wichtige Faktoren berücksichtigen:

Kostenüberlegungen:

• Kosten der Maschine: Die Preise für LPBF-Maschinen reichen von Hunderttausenden bis zu mehreren Millionen Dollar, abhängig von Faktoren wie Baugröße, Laserleistung und Maschinenausstattung.
• Materialkosten: Metallpulver können teuer sein, einige exotische Legierungen kosten über $200 pro Kilogramm.
• Operative Kosten: Auch die Kosten für Inertgas, Strom und Arbeit müssen berücksichtigt werden.

Zu beachtende technische Spezifikationen:

• Bauvolumen: Die Größe der Druckkammer des Druckers bestimmt die maximalen Abmessungen der Teile, die Sie herstellen können.
• Laserleistung: Eine höhere Laserleistung ermöglicht das Aufschmelzen dickerer Schichten und einen potenziell schnelleren Druck, kann sich aber auch auf die Eigenschaften des fertigen Teils auswirken.
• Materialkompatibilität: Der Drucker muss mit dem spezifischen Metallpulver, das Sie verwenden wollen, kompatibel sein.

Neben der Anfangsinvestition beeinflussen auch Faktoren wie die Komplexität der Teile, das gewünschte Produktionsvolumen und die Anforderungen an die Nachbearbeitung die Gesamtkosten für den Einsatz von LPBF.

Die Zukunft der LPBF

LPBF ist eine sich schnell entwickelnde Technologie, und Experten sagen dieser innovativen Herstellungsmethode eine glänzende Zukunft voraus. Hier sind einige wichtige Trends, die es zu beachten gilt:

• Fortschritte bei Metallpulvern: Die Entwicklung neuer Metallpulver mit verbesserten Eigenschaften wie bessere Fließfähigkeit und Bedruckbarkeit wird die Anwendungsmöglichkeiten von LPBF weiter ausbauen.
• Geringere Maschinenkosten: Da die LPBF-Technologie immer ausgereifter wird, können wir davon ausgehen, dass die Kosten für LPBF-Maschinen sinken werden, so dass sie für ein breiteres Spektrum von Herstellern zugänglich wird.
• Verstärkte Automatisierung: Die Integration von Automatisierungs- und prozessbegleitenden Qualitätskontrollsystemen wird den LPBF-Prozess rationalisieren und die Gesamteffizienz verbessern.
• Hybride Fertigungstechniken: Die Kombination von LPBF mit anderen Fertigungsverfahren wie der maschinellen Bearbeitung oder der additiven Galvanotechnik wird aufregende neue Möglichkeiten für die Herstellung komplexer, aus mehreren Materialien bestehender Teile schaffen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass LPBF eine revolutionäre 3D-Drucktechnologie ist, die die Art und Weise, wie wir komplexe Metallteile entwerfen und herstellen, verändert. Mit ihrer Fähigkeit, komplizierte Geometrien zu erstellen, überragende Materialeigenschaften zu erzielen und Designfreiheit zu bieten, LPBF ist bereit, eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der Zukunft der Fertigung in verschiedenen Branchen zu spielen.

FAQs

F: Was sind die Vorteile von LPBF gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren?

A: LPBF bietet eine Reihe von Vorteilen, wie z. B. Designfreiheit bei der Erstellung komplexer Geometrien, Leichtbauweise, Materialeffizienz und die Möglichkeit, kundenspezifische Teile zu erstellen.

F: Was sind die Grenzen von LPBF?

A: LPBF kann aufgrund der hohen Kosten von Maschinen und Metallpulvern teuer sein. Die Baugröße der Teile ist durch die Kammergröße der Maschine begrenzt, und das Verfahren erfordert eine sorgfältige Kontrolle der Parameter, um gleichbleibende Ergebnisse zu erzielen.

F: In welchen Branchen wird LPBF eingesetzt?

A: LPBF findet in verschiedenen Branchen Anwendung, darunter Luft- und Raumfahrt, Medizin- und Dentaltechnik, Automobilbau und Konsumgüter.

F: Welche Faktoren sind vor einer Investition in die LPBF-Technologie zu beachten?

A: Berücksichtigen Sie die Anschaffungskosten für die Maschine, die Metallpulver und die Betriebskosten. Bewerten Sie die technischen Spezifikationen wie Bauvolumen, Laserleistung und Materialkompatibilität auf der Grundlage der von Ihnen gewünschten Anwendungen. Berücksichtigen Sie schließlich die Komplexität der Teile, das Produktionsvolumen und die Anforderungen an die Nachbearbeitung, um die Gesamtwirtschaftlichkeit von LPBF für Ihre spezifischen Anforderungen zu bestimmen.

F: Ist LPBF sicher?

A: LPBF kann Sicherheitsrisiken wie Laserstrahlung und die Exposition gegenüber Metallstaub bergen. Mit den richtigen Sicherheitsprotokollen, einschließlich der Verwendung geschlossener Kammern, persönlicher Schutzausrüstung und geeigneter Belüftungssysteme, können diese Risiken jedoch erheblich gemindert werden.

F: Wie ist LPBF im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien?

A: LPBF eignet sich hervorragend für die Herstellung hochfester, komplexer Metallteile. FDM bietet eine kosteneffektivere Option für die Herstellung von Prototypen von Kunststoffteilen. SLA und SLS eignen sich für Anwendungen, die hochauflösende Details und glatte Oberflächen für Prototypen oder spezielle Funktionsteile erfordern.

F: Welche zukünftigen Trends werden in der LPBF-Technologie erwartet?

A: Fortschritte bei Metallpulvern mit verbesserten Eigenschaften, reduzierte Maschinenkosten, verstärkte Automatisierung und die Erforschung von hybriden Fertigungstechniken, die LPBF mit anderen Verfahren kombinieren, sind einige spannende Trends, die die Zukunft von LPBF bestimmen.

F: Wo kann ich weitere Informationen über LPBF finden?

Eine seriöse Quelle für Informationen über LPBF ist die American Society for Testing and Materials (ASTM) International. Sie veröffentlicht Normen und Spezifikationen für LPBF-Verfahren und -Materialien. Weitere Einzelheiten finden Sie auf deren Website: ASTM International: https://www.astm.org/.

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Frequently Asked Questions (Advanced)

1) What gas purity and oxygen levels are recommended for laser powder bed fusion (LPBF)?

• Use high-purity argon or nitrogen (99.999%). Maintain chamber O2 ≤ 100 ppm for Ti/Al alloys and ≤ 500 ppm for steels/Ni; lower O2 reduces spatter oxidation and improves fatigue.

2) How do layer thickness and hatch spacing impact density and productivity?

• Thicker layers (50–80 µm) and wider hatch boost throughput but risk lack‑of‑fusion if energy density is not increased. Thin layers (20–40 µm) improve surface finish and detail but slow builds. Calibrate with melt pool monitoring to target >99.9% density.

3) Which alloys benefit most from elevated build-plate preheating?

• Preheating (100–200°C) helps AlSi10Mg, martensitic/tool steels, and Ni superalloys to lower residual stress and reduce cracking. Some materials (e.g., Ti‑6Al‑4V) also see reduced distortion with 80–200°C plate temperatures.

4) Can recycled powder be used without degrading LPBF part quality?

• Yes, with controls: sieve between builds, monitor PSD shift, satellites, and O/N/H pickup; blend virgin powder (20–50%) as needed. Follow ISO/ASTM 52907 and track lots in a powder reuse plan.

5) What in‑situ monitoring is most impactful for quality assurance?

• Coaxial melt pool sensors (photodiodes/cameras) for emissivity/intensity, layer-wise optical imaging for recoater streaks/short feed, and oxygen logging. Correlate anomalies with CT or metallography on witness coupons.

2025 Industry Trends

• Multi-laser orchestration: Better partitioning and stitching reduce seam artifacts; 4–12 laser systems push productivity for serial parts.
• Copper and reflective alloys: Improved green/blue laser options and process windows expand Cu, CuCrZr, and precious metal adoption.
• Digital material passports: Powder lot, reuse cycles, O2 logs, and in‑situ data bundled with parts for aerospace/medical compliance.
• Sustainability metrics: Argon recirculation, energy dashboards, and higher powder reuse rates are now reported in EPDs.
• Standardization: Wider use of ASTM F3301 (data exchange), ISO/ASTM 52941 (machine control), and process-specific specs for IN718, Ti‑64, and 316L in LPBF procurement.

2025 Snapshot: laser powder bed fusion (LPBF) Performance and Adoption

Metrisch	2023 Baseline	2025 Estimate	Notes/Source
Typical relative density (Ti‑6Al‑4V/316L, tuned)	99.7–99.9%	99.9%+	HIP and contour remelts
As-built Ra (vertical walls)	12–25 µm	9–18 µm	Strategy + thinner layers
Build rate per laser (Ti‑64, 40–60 µm layers)	10–25 cm³/h	18–35 cm³/h	Path optimization
Multi-laser systems in production	~35–45%	55–70%	Complex part series
Cu/CuCrZr qualified apps (LPBF)	Pilot	Early production	Heat sinks, busbars
Share of builds with digital passports	15–25%	40–60%	Aero/med/energy

Selected references:

• ISO/ASTM 52907 (metal powder), ISO/ASTM 52941 (machine control), ASTM F3301 (AM data exchange), ASTM E1441 (CT) — https://www.iso.org | https://www.astm.org
• NIST AM Bench datasets and process maps — https://www.nist.gov
• Journals: Additive Manufacturing; Materials & Design

Latest Research Cases

Case Study 1: Multi‑Laser LPBF of IN718 Turbine Seals with Seamless Stitching (2025)

• Background: An aerospace supplier needed to scale IN718 seal segments while eliminating property drops at laser stitch lines.
• Solution: Implemented adaptive islanding with overlap melt and synchronized laser handoff; build‑plate preheat at 150°C; in‑situ melt pool monitoring; post HIP 1180°C/100 MPa/3 h and aging per spec.
• Results: Density 99.95%; tensile (RT) UTS 1270–1310 MPa, El 16–20%; no seam-related defects on CT; scrap rate reduced 32%; throughput +22% versus 2023 parameter set.

Case Study 2: LPBF of CuCrZr Cold Plates Using Green Lasers (2024)

• Background: A power electronics OEM sought compact cold plates with conformal channels and high conductivity.
• Solution: Switched to 515–532 nm laser source on LPBF platform, optimized scan to reduce keyholing; stress relief and aging to restore conductivity; internal CT and flow balancing.
• Results: Conductivity 78–84% IACS; leak rate <1×10^-6 mbar·L/s; channel roughness reduced 15% via contour remelts; production cost −12% from reduced machining.

Expertenmeinungen

• Prof. Todd Palmer, Penn State Additive Manufacturing
• Viewpoint: “Process windows plus preheat are key to crack‑resistant LPBF of Ni superalloys; multi‑laser coordination now decides yield on complex rings and seals.”
• Dr. Markus Seibold, VP Additive Manufacturing, Siemens Energy
• Viewpoint: “Digital threads—powder genealogy and in‑situ telemetry—are becoming mandatory for serial LPBF in energy and aerospace.”
• Dr. Christina Salas, Associate Professor, University of New Mexico
• Viewpoint: “For medical LPBF, surface and lattice design drive osseointegration as much as bulk properties; validate with CT and mechanical coupons per orientation.”

Practical Tools/Resources

• Standards and QA
• ASTM F2924/F3001 (Ti alloys LPBF), ASTM F3055 (IN718), ISO/ASTM 52907 (powder), ASTM E1441 (CT) — https://www.astm.org | https://www.iso.org
• Modeling and simulation
• Ansys Additive, Simufact Additive for support/distortion; open process maps from NIST AM Bench — https://www.nist.gov
• Materials data
• ASM Handbook Vol. 24 (Additive Manufacturing) — https://www.asminternational.org
• Best practices
• OEM application notes (EOS, SLM Solutions, Renishaw) on parameter sets and monitoring APIs
• Regulatory/compliance
• SAE AMS 7000‑series guidance for AM materials/process; FDA AM device considerations — https://www.sae.org

Last updated: 2025-10-17
Changelog: Added advanced LPBF FAQ on gas purity, preheat, powder reuse, and monitoring; 2025 snapshot table with performance/adoption metrics; two recent case studies (IN718 multi‑laser seals; CuCrZr green‑laser cold plates); expert viewpoints; and curated standards/resources
Next review date & triggers: 2026-04-30 or earlier if new LPBF standards are released, validated Cu/CuCrZr datasets exceed 85% IACS consistently, or multi‑laser orchestration shows >25% throughput gain across production ramps