Additive Fertigung einer hypereutektischen Aluminium-Silizium Legierung zur Herstellung von Spiegelsubstraten

Hilpert, Enrico GND

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Fertigung einer hypereutektischen Aluminium-Silizium Legierung durch Selektives Laserschmelzen und die Nutzung dieses Verfahrens zur Herstellung von Metalloptiken. Durch diesen Ansatz werden metallische Spiegel für Weltraumanwendungen mit einer hohen Massereduktion ermöglicht. Aluminium mit 40 ma% Silizium besitzt einen an die Polierschicht Chemisch Nickel-Phosphor angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Dies wird ausgenutzt, um athermale Metalloptiken in einem Temperaturbereich von -185 °C bis 100°C zu realisieren. Diese Anpassung wird für den additiv gefertigten Werkstoff nachgewiesen. Prozessparameter für die Verarbeitung von AlSi40-Pulver durch Selektives Laserschmelzen werden grundlegend erarbeitet. Durch Optimierung wird eine Fertigung von Strukturen mit Größen unter 0,5 mm ermöglicht. Die resultierende Porosität bleibt dabei unter einem Wert von 0,1 %. Untersuchungen zum mechanischen und thermischen Verhalten des generierten Werkstoffs zeigen die Anwendbarkeit als Substratmaterial für Metalloptiken. Vorgestellt wird ein Designansatz, der die Methoden des konventionellen Leichtbaus erweitert und eine Massereduktion von über 60 % erreicht. Dazu werden die Möglichkeiten des Verfahrens und der erarbeiteten Parameter ausgenutzt. Anhand eines Demonstrators wird gezeigt, dass die erreichbare Oberflächenqualität durch eine etablierte Fertigungskette durch das leichtere Design nicht negativ beeinflusst wird. Die erreichte optische Qualität erlaubt den Betrieb des Demonstrators im visuellen Spektralbereich.

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