Das Pulverbettschmelzen (LPBF) ist ein additives Herstellungsverfahren ("3D-Druck"), das es ermöglicht, Materialien mit lokal variierenden Eigenschaften und Legierungen zu fertigen. Eine vielversprechende Technik zur Kontrolle des Prozesses ist die Anpassung des verwendeten Laserstrahls. Traditionell wird ein Gaußscher Laserstrahl verwendet, der einen hohen Energiepeak in der Mitte und nach außen starke Gradienten aufweist. Eine Alternative ist das Punkt-Ring-Strahlprofil, bei dem die Laserenergie zwischen einem zentralen Punkt und einem äußeren Ring aufgeteilt wird.
In dieser Studie werden numerische Simulationen verwendet, um zu untersuchen, wie sich verschiedene Strahlprofile (Gauß vs. Punkt-Ring) auf den Schmelzprozess auswirken, einschließlich der Schmelzbadformen, Oberflächentemperaturen, Verdampfung und Materialfluss in einzelnen Schmelzspuren. Die Simulationen werden mit einem eigens entwickelten, partikelbasierten Rechenmodell durchgeführt und mit experimentellen Daten verglichen. Es zeigt sich, dass sowohl die Strahlgröße als auch die Strahlform die Ergebnisse erheblich beeinflussen. Verschiedene Strahlprofile führen beispielsweise zu Unterschieden in der Energieverteilung im Schmelzbad, was die Verdampfung und Oberflächenspannungskräfte beeinflusst.
Die Ergebnisse legen nahe, dass sowohl die Größe als auch die Form des Laserstrahls sorgfältig kontrolliert werden müssen, um die gewünschten Ergebnisse im LPBF-Prozess zu erzielen. Dies unterstreicht die komplexe Beziehung zwischen Energiedichte, -verteilung und Schmelzbad-Dynamik.