Process Development and Risk Assessment for Processing Magnesium Alloys Using LPBF Technology

Abstract

Lightweight design is very closely associated with additive manufacturing. Besides the design possibilities offered by this technology, the material used also plays a key role. Especially in the LPBF process, the production of the powder and the processing of the material is a major challenge. This applies in particular to magnesium alloys as a lightweight material. Due to its low density and good strength and rigidity properties, this material is ideal for lightweight engineering applications. The basis of this contribution is a risk assessment (including a detailed FMEA and measures to minimize risks) for the processing and handling of magnesium powder in the LPBF process. As part of the practical tests, several test specimens with existing parameters for AZ91D were printed, and their properties (relative density, microstructure and bonding behaviour) were analysed. By adjusting the alloy composition (improved evaporation characteristics) and optimizing the process (e.g. optimum inert gas flow, platform temperature) and the process parameters, it is possible to process magnesium more economically in the LPBF process.Der Leichtbau ist sehr eng mit der additiven Fertigung verbunden. Neben den Gestaltungsmöglichkeiten, die diese Technologie bietet, spielt auch das verwendete Material eine wichtige Rolle. Gerade beim LPBF-Verfahren ist die Herstellung des Pulvers und die Verarbeitung des Werkstoffs eine große Herausforderung. Dies gilt insbesondere für Magnesiumlegierungen als Leichtbauwerkstoff. Aufgrund der geringen Dichte und der guten Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften eignet sich dieser Werkstoff ideal für Leichtbauanwendungen. Grundlage dieses Beitrags ist eine Risikobewertung (einschließlich einer detaillierten FMEA und Maßnahmen zur Risikominimierung) für die Verarbeitung und Handhabung von Magnesiumpulver im LPBF-Prozess. Im Rahmen der praktischen Versuche wurden mehrere Probekörper mit bestehenden Parametern für AZ91D gedruckt und deren Eigenschaften (relative Dichte, Gefüge und Anbindungsverhalten) analysiert. Durch Anpassung der Legierungszusammensetzung (verbesserte Verdampfungseigenschaften) und Optimierung des Prozesses (z. B. optimaler Inertgasstrom, Plattformtemperatur) und der Prozessparameter ist es möglich, Magnesium im LPBF-Prozess wirtschaftlicher zu verarbeiten.