DVS_Bericht_386LP

Durch das Anstellen der Düse unter Berücksichtigung eines horizontalen Versatzes in Richtung des
Randbereiches der Spurgeometrie, besteht die Möglichkeit, dass zu den Seiten abflachende
Beschichtungsprofil auszugleichen [7]. Das Kippen der Düse führt außerdem dazu, dass ein nahezu
senkrechter Auftragswinkel gewahrt wird, sodass nachteilige Auswirkungen auf die Auftragseffizienz
unterbunden werden [7]. Somit besteht jede Schicht aus einer mittleren sowie einer linken und rechten Spur,
wobei die mittlere Spur stets zuerst aufgetragen werden muss.
3 Experimentelle Untersuchungen
3.1 Verfahrensprinzip und Zielkriterien
Um einen Vergleich mit bestehenden Aufbaustrategien zu ermöglichen, wird die Fertigung einer vertikalen
Steggeometrie angestrebt, die im Bereich additiver Fertigungsverfahren eine gängige Testgeometrie darstellt.
Darüber hinaus bildet die Herstellung einer solchen Struktur die Grundlage für die Fertigung geometrisch
komplexerer Freiformkörper. Von grundlegender Bedeutung bei der Entwicklung einer Aufbaustrategie ist die
Bestimmung relevanter Einflussgrößen hinsichtlich des Schichtentstehungsprozesses. Auf Basis der zuvor
beschriebenen Aufbaustrategie wird zunächst eine Spur unter einem Auftragswinkel von 90° (mittlere Spur)
aufgetragen. Im Anschluss werden die beiden seitlichen „Ausgleichsspuren“ durch das Neigen der
Kaltgaskanone um einen Winkel von θ = 30° aufgebracht [7]. Zusätzlich werden die beiden seitlichen Spuren
um einen seitlichen Versatz von s = 2σ (bezogen auf die Breite einer Einzelspur bei gleichen Parametern)
ergänzt [7]. Für die nächste Schicht erfolgt eine Erhöhung in z-Richtung um die Schichthöhe (d). Abbildung 6
zeigt zur Verdeutlichung die Position der Kaltgaskanone bei der Durchführung des zuvor erläuterten
Programmablaufs.
Abbildung 6. Positionierung der Kaltgaskanone in der Simulationsumgebung bei der Umsetzung der Aufbaustrategie
Die Bewertung der gefertigten Strukturen erfolgt anhand geometrischer Zielkriterien sowie unter
Berücksichtigung der Zielstellung, mittels der angewandten Aufbaustrategie Strukturen beliebiger Höhe zu
fertigen. Dafür stellt die Planheit der Oberfläche eine wichtige Voraussetzung dar und wird somit als erstes
Zielkriterium formuliert. Als zweites Zielkriterium wird der Winkel zwischen der Substratoberfläche und der
Seitenwand der Struktur bewertet. Dadurch, dass eine gewisse horizontale Anbindungslänge für eine
adäquate Anhaftung der Struktur auf dem Substrat notwendig ist, wird der Winkel nicht unmittelbar an der
Kontaktfläche, sondern an dem Punkt, an dem 50 % der Gesamthöhe erreicht sind, gemessen. An dieser
Stelle sollte der Winkel 90° betragen. Ist der Winkel größer als 90°, würde dies zwangsläufig zu einer
abnehmenden Profilbreite bei zunehmender Lagenanzahl führen und somit der zuvor formulierten
grundlegenden Zielstellung widersprechen. Die Bewertung erfolgt anhand von Querschliffen.
3.2 Anlagen und Gerätetechnik Kaltgaszelle
Das verwendete Kaltgassystem PCS-100 stammt von der in Japan ansässigen Firma Plasma Giken Co., Ltd.
Die verschiedenen Ausführungen der PCS-Reihe unterscheiden sich im Wesentlichen hinsichtlich der
Heizleistung und erreichbaren Prozesstemperatur sowie dem maximalen Betriebsdruck. Laut
Herstellerangaben ermöglicht das PCS-100 System eine maximale Prozesstemperatur von 1100 °C, einen
maximalen Arbeitsdruck von 7 MPa. Abbildung 7 zeigt die Komponenten im Inneren der Kaltgaszelle.
4
DVS 386