Parameter study for 3D printing of Al5356, Al4047 and Al4043 by directed energy deposition with transferred plasma arc

Abstract

Additive manufacturing (AM) is one of the most promising technologies of our time, enabling to create parts, models and prototypes through a 3D-CAD computer model in a generative way. Its potential is about the cost effectiveness of production caused by material saving, faster production and higher geometric complexity then with traditional manufacturing technologies. One of those AM-technologies is Plasma Arc Additive Manufacturing (PAAM) which is based on a well-established process - cladding. For PAAM an electric plasma arc is used to form a weld pool into which feedstock in form of powder or wire is fed. By moving the plasma arc and the wire along an arbitrary, planar path, a 2.5-dimensional layer is built. By stacking multiple layers over each other, a three-dimensional part is finally produced. This work is about the effects of welding parameters to the mechanical properties of additive manufactured specimen made of aluminium alloys. Based on previous trials it is known that inappropriate parameters can lead to voids in the material which further lead to poor mechanical properties. Therefore, the influence of various welding parameters shall be analyzed with destructive test procedures like tensile test and metallography. The investigated alloys are AlMg5 (AW5356) and AlSi12 (AW4047).

Additive Manufacturing (AM) ist eine der aussichtsreichsten Technologien der Gegenwart, mit deren Hilfe es möglich ist Prototypen, Modelle oder Bauteile aus einem 3D-CAD Computermodell generativ zu fertigen. Das enorme Potential der Technologie liegt darin, dass ressourcenschonender, zeitnaher und somit auch kosteneffizienter produziert, sowie ein höherer Grad an geometrischer Komplexität als durch herkömmliche Verfahren, umgesetzt werden kann. Eine dieser AM-Technologien ist Plasma Arc Additive Manufacturing (PAAM) und basiert auf einem fundierten Prozess - dem Auftragsschweißen. Bei PAAM werden mit einem Plasmalichtbogen und zugeführtem Draht oder Pulver, beliebige 2,5-dimensionale Strukturen Schicht für Schicht aufgeschweißt, welche schlussendlich einen dreidimensionalen Körper ergeben.Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss von Schweißparametern, auf die mechanisch technologischen Eigenschaften von aufgeschweißten Aluminiumlegierungen.Aus bereits vorgehenden Versuchen ist dabei bekannt, dass bei der Wahl von ungeeigneten Schweißparametern, Fehl- sowie Leerstellen auftreten können, welche zur Minderung der mechanischen Eigenschaften beitragen. Es soll der Einfluss der Schweißparameter auf dieses Verhalten durch zerstörende Werkstoffprüfung, vor allem mittels Zugversuches und Metallografie, untersucht werden. Bei den zu untersuchenden Aluminiumlegierungen handelt es sich um AlMg5 (AW5356) sowie AlMg12 (AW4047).