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Gas-tight means zero defects - design considerations for thin-walled fluidic devices with overhangs by laser powder bed fusion

Grinschek, Fabian ORCID iD icon 1; Charles, Amal ORCID iD icon 2; Elkaseer, Ahmed 2; Klahn, Christoph ORCID iD icon 3; Scholz, Steffen G. ORCID iD icon 2; Dittmeyer, Roland 1
1 Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract (englisch):

The industrial adoption of additive manufacturing (AM) technologies increased due to more applications and use cases demonstrating significant functional benefits. Additive manufacturing of thin-walled gas tight structures with complex shapes can fulfil requirements for a wide range of applications, such as process equipment for the chemical industry. The requirement to be gas-tight makes the manufacturing process very fault-sensitive as even a single open pore in the submicron range can lead to an impermissible leak of hazardous gases. Further, it has always been a challenge to make thin walls using Laser Powder Bed Fusion of Metals (PBF-LB/M). We explore the key design limit of inclined overhanging gas-tight thin walls made from 316l. A double pass scan strategy is presented to realize these structures along with guidelines to be followed when attempting to print these structures. The paper reports the common failure modes where leaks occur and lessons learned to successful design and printing of gas tight walls. The results show that fabrication of gas-tight walls is feasible even for a 30° inclination angle to the horizontal and wall thicknesses in the range of 200–300 µm. ... mehr


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000151121
Veröffentlicht am 30.09.2022
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1016/j.matdes.2022.111174
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Zitationen: 4
Web of Science
Zitationen: 3
Dimensions
Zitationen: 3
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Automation und angewandte Informatik (IAI)
Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM)
Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 11.2022
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 0264-1275
KITopen-ID: 1000151121
HGF-Programm 38.03.02 (POF IV, LK 01) Power-based Fuels and Chemicals
Weitere HGF-Programme 43.31.02 (POF IV, LK 01) Devices and Applications
Erschienen in Materials & Design
Verlag Elsevier
Band 223
Seiten 111174
Projektinformation SFB 1441/1; TrackAct (DFG, DFG KOORD, SFB 1441/1)
Vorab online veröffentlicht am 20.09.2022
Schlagwörter Laser powder bed fusion, Thin walls, Gas-tight, Water-tight, Leak detection, Effects of defects
Nachgewiesen in Dimensions
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