11
REVIEWS Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals By Suman Das* 1. Introduction Selective Laser Sintering (SLS) is a laser based rapid manu- facturing technology that builds objects layer by layer using powder and a computer controlled laser. An object's comput- er aided design (CAD) model is mathematically sliced into thin layers. The object is then created by selectively fusing se- quentially deposited layers of a powder with a scanning laser beam. Each scanned layer represents a cross section of the sliced CAD model. A schematic of the SLS process is shown in Fig. 1. Recent research efforts have demonstrated great potential to manufacture metal components with microstructures and mechanical properties equivalent to or superior than conven- tionally processed materials. These efforts [1±6] have resulted in the capability to successfully process high temperature, high performance materials such as nickel base superalloys, titanium alloys and superalloy cermets into functional com- ponents including the titanium guidance housing for the Sidewinder missile and cermet abrasive turbine blade tips for a next generation fighter aircraft engine. Although SLS holds great future promise as an advanced manufacturing technology capable of directly manufacturing functional metallic components from powder in a single step, it is a complex process that requires significant further re- search and understanding. A schematic of the complexity in SLS is shown in Fig. 2. The density of the powder bed in SLS is initially at approximately 55 % theoretical density. When the laser beam strikes the powder surface, the powder first undergoes densification by sintering. As additional laser en- ergy is absorbed by the sintered powder, it eventually under- goes melting and further volume reduction as additional powder is dragged into the melt pool under the action of sur- face tension. As the scanning laser beam proceeds to a neigh- boring portion of the powder bed, strong convection currents are formed due to surface tension gradients in the transient melt pool formed under the laser beam. Eventually, the melt pool undergoes solidification by nucleation of epitaxial grains off the remelted surface of the previous layer. Additionally, heat transfer by conduction and radiation takes place from the laser processed zone into the surrounding powder, into the substrate underneath the processed powder, and by radi- ation and convection into space above the melt pool. These complex phenomena are strongly material dependent and are governed by a material's chemistry and its optical, thermal and rheological properties. As is evident from the foregoing description, Selective la- ser sintering (SLS) of metals is a complex process exhibiting multiple modes of heat and mass transfer, and in some in- stances, chemical reactions. The strong interplay between these physical mechanisms directly impacts the SLS process, determining whether a given material can be processed suc- cessfully and if so, how the microstructure and properties of the processed material are influenced. In order to understand the complex nature of these mechanisms, their interplay and ADVANCED ENGINEERING MATERIALS 2003, 5, No. 10 DOI: 10.1002/adem.200310099 Ó 2003 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 701 ± [*] Dr. Suman Das Department of Mechanical Engineering University of Michigan Ann Arbor, MI 48109-2125 (USA) E-mail: [email protected] Direct selective laser sintering (SLS) is a layered manufacturing technique that can produce fully dense, functional components in high performance metals. In this review paper, a first step is taken towards identifying and understanding some of the important physical mechanisms in direct SLS. This study not only provides an insight into phenomena observed during direct SLS processing of a variety of metallic materials but also helps in selecting those materials that are most amenable to direct SLS processing. The physical mechanisms discussed include oxidation, non-equilibrium wetting, epitaxial solidification, metal vaporization, and oxide purification. Understanding these mechanisms is crucial for the design of direct SLS machines, process development, and process control.

Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals

  • Upload
    s-das

  • View
    218

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals

�����

��

�������� ����� � �� ���� � ��� ��� ��������� ����� ��������� ��������� ���������

�� ���� ����� ���������� ��� �������� ����� � ��� ��� ���� ����

������� �������� � ��� ����� ������ ���� �� ���� ��� ������ �� �������� ���������� ���� �� ������� ��������� ���� ��� � ��� � ����� � ����������� ����� �������� ����� !�� ������ � ���� ������ �� ���������� ���� ��"�������� �������� ���� �� ������ ���� ����� ������� #�� ����� ���� �������� ��� ������ �� �������� �� ������ � ������� �� ��� ��� ����� � ������ $� � %�&����� ������ ������ ��� ���������� ��� ��������

�� ��������� ���� ��������� ���� ������������� ���������� ��������� �"������� �� �� ������� ��� �������������� ������� ������� !��� ������'%()* ��� ��������� ��� �������� �� ��������� ����� �� � ����������+�� � ���������� ������ ��� ���,�� �� ��������+������� ���� �� �������� ������ ���� ��������� ���������� �������� ��� ������� ������ ����� ��� ������������� ����� �� ������ ����� ������� ���� ��� ��� ��-� �������� �� ���� ������ �� ���������� � ��� ���� ��� ������ ������ � ������

���������� �������� � ����� �� �������� ���������� ��������� ������� ��������� ���� ������ �� �� �� ���+�� � ������- ����� ��� ��"���� � ������� ������� ������� �� ���������� � � ������� �� ��� ������-��� ����� � ���� �� $� � .� !�� ������ �� ��� ������ ��� �� ���� �������� � ����-������ //0 ���������� ������� 1������ ��� ��� ���,� ��� ������ �����+ ��� ������ ��������� �� ����������� �� ������� � � �������� ��� ����� � � ������ �� ��� ������� ������+ �� ��������� ������

�� ������ �� ������� ������ ��������� �������������� � �� �� ���� ��� ���� ���� ����� ��� ����� �� ������ ������� � ��� ����� ��� ��� ������� �� ��� ������� ������� �� ��� ������ ���+ ���� ���������� ��������� ������ ��� �� ����� ������ ������ �� ��� ����������� ���� ������ ����� ��� ��� ���� #��������+ ��� �������� ����� �� ������������ �� ��������� �� ����-�� ������ ��� �������� ����� �� ��� ������� ����� �����������+��� ������ �� ���������� �� ������� �,� ���� ������� ��� ������� 2��� ���� ��� ��������� ������+ ������� ������ ��������� ��� ������� ������+ �� �� �������� �� ���������� ���� ��� ���� ��� ���� ����� !���������- �������� �� ���� �� ������ ��������� �� �� ������� �� ������� �������� �� �� ������+ �������� ������ ��� ����������� � ������� ���� ��� ���� ��� ����������+ ��������� ��

�� ������� ����� �� ���� � ������- ����� �-������� �������� ���� �� ��� �� � ������+ �� �� ��� �������+ ������� �������� !�� ���� �������� ����������� ������ ������� �������� ����� ��� ��� �����+���������� ������� ���� ������ �� �� ������� ���������� �� �� �+ ��� ��� ������������� �� ��������� ����� ������� ������ �� ����������� 3� ����� �� ����������� ������- ����� �� ���� �������+ ����� �������� ��

�������� ��������� ����� ����� �� ��� �� � �! ���������������������� � ����������� ��!"�# �$ % ��� &��� ��'()�'� "��

�'4* ��� ����� ��

�������� � ��������� ����������������� � ����������� ��� �� �� ��� !"#�#$ %���&�"����' ����(�)������(�

����� ����� ��� ������� %�*�& � � ����( ������������� �����+� ���� ��� �� (�� �����(�� ������ ��� � �� ��� �� ���� ��� ����� ����� �� ��� ���, ����� � ���� �� � ��-�� ,��( �(�������� ��( ��(����(��� � � �� ��� ����� ������� ������� �� (���� �*��.�� ��(� � � ��� �� ��( �� ������ ��� ��� ��� ���( (����� (���� �*� �� ���� � ������� � ������� ������� ��� �� ��� �� ������ �� ������� ���� �� � � ������ � (�����*� �� ����� .� ������� ������� (���( �����( /�(��� �� � �"+��������� ,����������/��� ��(������� �� ���� ��� ��0��� �� ��( /�( ���������� �� ��(����(��� �� �������� ������� � � �� (��� � (���� �*� ������� �� � (�� ����� ��( �� � � ��� ��

Page 2: Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals

��*�+)�*',�" �*-�,.* �/ +!�,�** ��(.!�" '( ��"�,.'0� ��*�! �'(.�!'(# �/ ��.�"*

�����

��

����� �� ����� ������� �� ���+ �� � ��������� �� ���� ��������� ���� � ��������� ������ ������ ����� ����� "����������� ����� ��� ��������� �� ���� ������� �������� �� ������� ��������� �� ������ ����� $�������� ��� ���+ ������� �� ������� ����� ��� �,� ���� ������� ��� ������� ������� ��������� ������� ����� �������� ���� 5���� �� ��� ��� ���� ��������� ������������ �������'6(%%* �� ��� ��������������� ���� ��������-����'%.(%)*� !��� ����� ������ �� �������� ��������� �� ������� ��������+ �������� �� ������� �������������� �� ��� �� ��� ��� ������� ������ ��� �������� �� ����� ������� ��� ������� ������ ��� ������� ����������+ ��� �����+ �� ����+ �� ���� + �������� �2� �� ��,�� �������3� ��� ������+ ���� ��� � �,�� ����� ���������� ��

���������� ��� �� ��� �������� ������ ��������� ������ ��� ������� �� ���� �� ���� ����� !���������� �� ���������� ������� �� ��� ����� �������+�������� ���� ��� ������ �� �� ������� ������ ����+ ���� ������� ���� ��� ���� �������� ��������� ������ ��� ������� ���������� !�� ���� ��� ���� ������� � ��� �� ������������ ������� ����� ������ ��� �� ������ �� �������� ������+ ��� �� ������� ��� �� ����� ������� ���� ������ ��� �� ��� ������ �� ������� ������

�� �� ������ ���� !�� ������ ������ ��� ������� �� �-�������+ �������� �������+ ������ + ����-�� ������������+���� �����2���� ����� ����� �� �-��� ������������ ������������ �� ���� ������ ������� � ������ ������ ��� � �� ������ ��� ������+ ����� ����� ������� �������� ������� ��� ����� ������������

��#��������� �������� ������� ��� ���������� ��������

����� ��� �� ���� � �� ���� ������� ��� ��� ��������� �� �������� ��� �� ����� 3� ������ ���+ �-������ � ����� ������� � ��� �� ��� ������� ���������� ������� ��� ������ ���� �� ������� ��������� �-������ %777 8��� ����� ��� � ������������ ������� �����+ �-������� �� ��� ������� ������ � ����� ���������� �� ���������� ������ �� ��� ������ ��� ����� � 9���� ����� ���� ��� ��� ������ ���� ������ ���� ��� ������ ��� ��������� ������ ��� �� ����������� ���� ���-��� ���� ������ �� ��� ������ �� �� ��� ����� �� �������� :-������ �� ��� ���������� ������� �� ���� ���������� ������ �� ���������� ���� ������ ����� !����������� ������� �� ��� ������ ��������� �� ��� ��������� ;��� ������ �� � �-��� ������ �� ��"��� ����� �-������ �� ��� ��������� ���� �� ��������� !�� �"���������� �� ��"��� �� ������ ���� ������������� ���� �� ���� ��� � ���� �� $� � <� !�� �"��������� �� ������������� ���� �� � ������� ��

��1 � ��* � �*1 ����� �%�

!�� ��"��� ���� ��� ��� ������ ����� � % �� �"����������+ �� ��= ( ��� > ��=� !�� ��������� �� ��� �� �� �������� � �� � ������� ������ ����������� � ? ��= ( ��� ( ��=����� ������ � ������ ���� ���� �� �� ���� �-��� ������ ����� ��� ��� ����������� ��"�������� ����� �������� ��'%.* !��+ �� ��� ����� �� ������� ������� �������� ��� ��"��� �� ��� ������+ ��� �� �� ������ �������� + ��"��� ���� �� ��� ��� ����� �-��� ����+ ���������� �� ������2� ����� �� �� ����� ������3� ����� �� ���� �� �-������ ���� �� ����� ���

������ �� ������� ������������ ����������� �� ��������� �� ����+ ������� ��� �� ��������� �� ����� ������������ �������� ��� �� � ������ ����� �� �� #����� �� �� ��'%6* �� ������ �-��� ��� ��� � ��������� ����� �� @��,�� �%A/A�A 8��+ �������� �%B/6 8�� ��!������ �%67A�A 8��+ ��� �"��������� ����� ������ �� �-�� �� ��� �� �� ��� %7(/+ %7(%. �� %7(%) �� ����������� ��������� ��� �-������ �������� !��������+ ��� �� ��� �� �-��

"�� � ����������� ��!"�# �$ % ��� &��� ��'()�'� )..-1��222�����3�4!(�"��� �������� ��������� ����� ����� �� ��� ��

2��� �� ������ *�� ���������

Previously fabricated layers

Remelted substrate

Laser beam

Melt poolEpitaxial grains

Powder layer

Motion

2��� #� *�� ������� �������� � �� �*�� 2��� 3� .��"��� +��������� � � ,����� ��( � �",����� ����

Page 3: Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals

��*�+)�*',�" �*-�,.* �/ +!�,�** ��(.!�" '( ��"�,.'0� ��*�! �'(.�!'(# �/ ��.�"*

�����

��

����� ����� �� ������ ����� ����� ������� ����������3� ��������� ������ ��2�� �������� ��� ���� �� ����� ��������� ����� ���� ����� �� ��������+ �� � ��������� �� ������� ��� ��� ����� �� ������� ������� �� ��� ��������� ��� ��� ��� ���� �-��� ������ �������� ����� �� ��������� �-��� �"������� ����� ���� ����� �� �% �� � ������ �� ��� ����������'%B* !�� ����+ ����������� ������ �� ���� �-��� ��� ��� ���������� ������ ���� ����� ������ ���������� ����� ����� ���������� � ������� �� �-���2�� � $�� ��� ������ �� �,�����+ ��������� �� ����� �-��� � ������ �� ������� ���� ��������� ��������� ����������� ������� ��������������� ��������� ���� �� ����� �� �� ������ ������� ���� ����� ������ ����� �������� 3� � ��������� ��� ��� �� ���� � �"���� �������� ��� ������������� ����� �������� ���� ����� �-� �� ������������ �-������� ������� ���� ��� ������� ����� ��

������� ����� ����� �� �������� ��� ��� �����$���+ �� � ��������� �� ����� ����� �� �� ��� ������ ������� ��� ������� ���������� �� ������� ��� ��� ����������������+ ������� �� �� ���� �� �-������� ������� ������� �� �������������� !��+ ��������� �� � ����������������� �� ����� ��2�� � ��������� �� ���%7(A(%7() !��� ����� �� �� ������ � ������� ��������� ����� ����� ����� �������� ����� ���� �� ���� ������ + �������2���� �� ������ ������� � �� � ����������� ����� ������� ������ �� �� ����� ��������:-���� �������� � �� �� ������� ��������� �����

��� ������� �� � ���������� ����+ �������� ��������� �� ������� ���� �-������� �� � ���� ��+ �� � ������������ ��������� � ������� ������ ���������� ��������� ��� ����� ����������� !�� ���������� ����������� ������� �-� �� ������� �� ��� ������� ���� �� ��������� � ��������� �� ��������'%C*� 3� � ���� ��� ������� ��� �-� �� ������� ���� ./ ��� �� %77 ��� �� �� D�����/77 � )67 8� �� %6. 5; ������ �� ������� ���� �� A)0����� ��� 3@ %77 � 6<. 8� �� )BC 5;+ ������� ���� � �������� �� A70������������ ���� ������� ��; !�� � ����������� ��

%A77 ��� �-���� �������� ����� �� �-� �� �������� !��������� ���� !��)���A= � ����������� �-� �� ����� ����� ���� ������� �� �� ���� 7�%0 �� 7�A0 �� ��� �� ��������� �� ��� �������� ���������� 5��������� � �������� E��������F ����'%C* �� � �������� �������� ��

�������� ��� ������ � %7(/(%7() !���� 1��� ������� ���� �� ���� �� �������+ ���� ������ ��� �� ��� �� ����� ����������� ��� �� ����� ���� �� ��� ����� �� ������� ������� ���������� ������ �� ,���� �� ����� ��������+ �� ���+ ������ �+ �-��� �� ������� ���� �� �������� ����� �������� �� ��� ���������� ������ �� ���������'.7* !��� ��������� ��� ���� ������� ������� ������ �� ����������� �� ��� ������ ������ ��� �� �� ��� ��������� ��������� �� ��� ���������� �������� !��������+������� ����� �� � ����� �G%7(/ !���� �� ����� ������ � ������ ����� ����������� � ������ ��� ������� ������� ��� �� �� � ���������� �����

���� ������ ����

$������� �� ���� ������ ���� �� ���� �� ������ ��� ���"���� ��� ��� ������ ������ �� ��� ��� ���������� ������ ���� ��������� �� ���� ���� ������� ��� �����5�� �� ��� ���, �� ������ �������� �� ��� ��������� ���� �� �������� ������ �� ������� ������+ ��� �-����� ������ �� ��"��� �� ���� ������ �� ����������������� ��������� ��� ��� ��"���� �� �-������� ������ ����� ������ ������� ������� ��� ������ �� ��� � ���� �� � H�����'.%* !�� ������ ������� �� ������ ��"���� �� ������ �� �� ��� ,��� � ������ ��� ���� ��������� �� ��������� �� ������'..(.A* !�� �������� �������� ,���� E������ �� ������ F �� � ���������� �����"��������� ���������� �������� ��������� ��� �������+ ����� ���� �� �������������3� ��� �� �� ��"��� ������� ����� �� ������ �� ��

��� ,���+ ������ ������� ��������� ����� ���� �������� + ��� ������ �� ��� ������ �� ������������ ���� �������"��� ��������� � ������� �� ��� ������� ����� �� $� � A ����� ��� ��"��� � ���������� .7 ���� � �������� ����+ ��� �������� ���� ������ � � ����������.� �� ��� ����� ����� � � ���������� .�� � ��� ��"���������� ���� �� ��� ������ ���� ������ ������ �� �� �+ ������������ ����� ��� ���� ��� ��"��� ���� ������� � �� � � ��� ������ ���������� !�� ������ ������� �� ��� ������� � ������ ���� � ? �� !�� ������������ �� � � ������� �� �

4�3� ����� �-��������� �����+ ��������� �� �����'..* ���

���� ��� ��� ������ ������� �� ��������� ������� �������� �������������� �- ����� ���� �������� ������� �� ��� �� ,���� !��� ����� ��� ��� ���� ���������� ,���� ������������ ���������+ �4 ? ����+ ���� ��� � ���� ������ ������ ���� ���� � �������� �� ��� ����� �������� � � ���� ��

� � �.��.�

*�.�

����� � � ��� ������� ��� �� * � ��� ����� ��� �� ������3� ��������+ ����� �-��������� �� ��� &��� )BB. ��������������� �- ����� �� ������ ���� ��� ����� �� �4 ? B/ �7�/�3� �������+ ���� ����� ��� ��� ������ ������� �� ��� ��"�

�������� ��������� ����� ����� �� ��� �� )..-1��222�����3�4!(�"��� � ����������� ��!"�# �$ % ��� &��� ��'()�'� "��

2��� �� � ������ 4����� %���& ��( � � � � � ,����� %�����&�

Page 4: Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals

��*�+)�*',�" �*-�,.* �/ +!�,�** ��(.!�" '( ��"�,.'0� ��*�! �'(.�!'(# �/ ��.�"*

�����

�� ��� ������� ������ ������ ���� ���� �������� ���

���� ,���� !���� ��'.%*

5� � ���

� 7�7%<�<� �<�

����� 5� � ��� ������� ������+ � � ��� �������+�� � � ��� ����� �������3� ������ ���+ ������ �� ������ �� ���"����

������������ ���� ��������� ������ ���� ���������� ������ �� ������ � !� ������ ������ �������� �� ������ ���+ �-�������� ���� ����������� ��� ������ ������� ���� ������� �������� ��� �� ������� ������ ���� <7A� � ������ ��� ������ ��� ������ ���� ��� �� �� ������������� �� ���� ������ �� ���� ����� ������� ���� ���� 7�%./ ����� ����, � ������� ��������� ���� %.7+ .A7+ A77 �� )77 ����� ���+�������� �� < �� ������ ��� �� ���� ��������� 7�7/ �� ����� �����+ �������� �� �������������� �� ������� !�� ��������� ������"�� ������� �� ������� ���� �� ����� ����� ������ ���� ��� ������� �� ����� �-��� ������� ��� ������ �� ���� ������'./* �� �������� ��� �� �������� ���� ������ �������'.%*�!�� ���� �� �-�������� ���� ���������� 3� ��� ���� ����

�� �-��������+ ����� ���� ������ ����� �� ��� ��������� ������ � ������ �� ������� @�IJ�H ������ �������� �� ��� ������� 3� ��� ����� ���� �� �-���������+ ���� �� ����� ����+ % �� ���� �� A �� ��� � ����� �� ��� ������ �� ������ �� ��� �� ������� #�� ���� �� �-�������� � ��������� ����� ������G%7(/ !���� ���� �� ������ ������+ </7 8� ������ ��C77 8� ������ �� �������� ��� ��������� �� ������ ��������� �� ��� ������ ������� ���� �� �� ��� ����������� �� ��� ����� �� ��������� �� �����'..*�� !�� ������� �� ������ + ������� ��������+ ������ �� ������������� ���� ������� �� ����� ���������� !�� ��������� ������ �-�������� � �� �����2� �� "���������� ��������� ��� ������ ������� �� ���� ���� �� ������ ���� ��� ,���� !��������+ �� ������ � ��� �� ��������������� ��� ���������� �� ��� ��������� ����� ���� � ���� ����� ����� �� ����������� �� ���������� ��� �������� �� ������, ���� ��������� ���� � ��� ���� �������� ��� �-�������� ������� ��� ���� ������ �� �������

��������+ ��� ������ ���� ����� �� �������� �� ������ ��� ��� ��������� ������� 3����+ �� ������ ������������ ������� ���� ����� ��,� ������ ������� ������� !�� ��������� �� ������ ������������ ��� ������ ������� � ������ �� ����� ����� ����� ����� ������� ��"������ ���� ��������� ��������� �� ��� ��� �-�������� ���������� ���� ����� ���� ���� �� ����� �������� �� ���� �� $� � /(6� !�� �� � � % ������ ����� �� ��������� �� ��� ��� ���+ ����-������� � ������ �� �� ��� ����� �� << + ��� ��� ��

��� ���� �� �� �� ���� ��� ��� ������ �� ������ ������ ������ ��� ������� !�� ��� ��� � ������ ��� � AC + �������� ���� ����� ������� ������ ������� �� �� /A + ���������� � ���������� ����������!�� ��������� ������� ����� �� �� �������� ��������

. ��� �-������� ��������� ��� ��� ������ �� ���� �����3� ��� �� �� E������ �� ����F ���� �-��������+ ��� ���������� �������+ ���� �� $� � C �� � ���� ��� ��,�� ������� � ��� ��� �� ������ ������ �� ���� ��� ����� :� �������� ���+ ��� ��������� ������� �� E���� �� ����F ���� �-���������+ ���� �� �� $� � B �-������� ���� �� ��� ��� ��� �� ���������+ �� ���� ��� �� �� ������ ���� �������� !�� ������ �2� �� ��������� ������� �� ��� ����� �. ���;��� ������� ��� ������ � ������� ������� ��� ��

�������� ������� �� ��� ������ �� ��� �� ��� ������ �������� �-�������� ���������� !�� ��������� ������� �������� ������� ���� ����� ��������� ������� 3� �������+��� ������ ��� ��� �-����� �� �������� �� ������ � ����������������� ��������� ����� �-������� ����� ��������� ������� �G %7() !����+ ���� ������ ������� �� �����-�������� ������� ��� �� ��, �� ������ �������� ��

"�$ � ����������� ��!"�# �$ % ��� &��� ��'()�'� )..-1��222�����3�4!(�"��� �������� ��������� ����� ����� �� ��� ��

2��� $� 6 � � � � ,����� /������ �� �� � ��( 7

2��� 8� 6 � � � � ,����� /������ �� �$� 33 ��( 3$�

2��� 7� 6 � � � � ,����� /������ �� 37� $ ��( $��

2��� �� � ��(���( (� ��� �� 9���� � ���� /������:�

Page 5: Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals

��*�+)�*',�" �*-�,.* �/ +!�,�** ��(.!�" '( ��"�,.'0� ��*�! �'(.�!'(# �/ ��.�"*

�����

��

����� ����-�� ������������� � ���� �� ��� �������� ������+ �������� �� ��� ��������� ������ � ������ �����, ���� ����� ����������� ��� �-��� ���� �� ������ �� ������� ���� �������� � ��� ����� ����� ���������� ���� �� ��� ��"����

��� �������� ����� ����� �� �!�

����� ��� �� ���� � ���� ����� �� ����� ������ � 3������ ������ + ��� �� ���� �� ��� ���� ���� �� �������� ��� ��� �������� ��� �� ����������+ ����� �������� ��� �� ���������� ������� ������+ ��� �� ������ ���� ���� �� �������� ��� ��� ���� �������� �� ����� ���� � ,���� �� ����� �� �� ���� �� ����� ������ � ������� ����� �� ����� �����2�� �������� �� ��� �� ��������� ������ �� � ������ �� ������� ��������� ��������� ���� �� �-��� ���� �� ����� ��������� ������� ������������ ��"��� ���� ���� �� ��� �� ����� ������� ������� �-������� �������� �� ����� ��� ���� ���� �����!�� ��� �������� ���������� �� �������� �� E������,F ���� ����� ������������+ ��� ����� ���� ����� � ��� ��������"��� �������� ������� ��� �� ���� �� ��� ��"��� �������� ���� ��� H��� ����� � �������� ����� �� � �������� �������� �� ������ ����� ��������� ��� ������ ������������� �� ����� ������ ����� �� ����-�� ��������������'.)+.6* �� �� ��� � ������� ��������� ������� ����������� �� ������ ���+ �� � ���������� �� �������� ��� ����������� �� ����-�� ������������ �� ��� ����� ��������#���-�� ������������ � ����� �� ������ ����� ������

����� 3� ������ ����� ���������+ ���� ������ E��������F ���� ��� ��"��� ���� ������ ���� ����� ��� ��"��� ��� ������� !�� ��� �� ��� ������ � ������� �� ��� ������ �� ��������� ���� ���� �� ������� ��� ������+ ������ ��� ��"���� 3� �� �� ���� ��� ��� ���� ��������� �������� � �� ��� ���� � ������2�� ���� ��� ������ ���� ��� ��� �� ������� �� ���� �� $� � %7�

�� �"���������+ ��� ����� �� ��������� ����� � ���� ��

��* � ��� � ��*����� �A�

����� ��� ��������� ���� ���� �� �� ��* ������� ��� ������� ���� �� ��� ��"���+ ��� ������� ��� ���� �������� ��� ������ ����+ �� ��* ������� ��� ���� �������� ��� ��"���� !�� ������ � �� �� ��� ������ � �&���� �� �"����� A ���

����� � ��* � ��� � ��* �%�

3� ��� �����-� �� ������ ���+ ��� ���������� �� ��� ���������� ������ �� ��� ���� ������ �� ��� ��� !�� ��� ���������� ���� � ������� ��� ������ �� ��� ���� ����������� �� �� �� ���� ����� ��� ��������� ���� �� ���������� ������ �� ��� ��"���+ �� ��� ���� ������ �� ��� ��"���� ����� �� ���� ��� ��� !�� ��� �� ��� �������� �����-������I

��� � 7

��* � ��*

� � 7 �.�

!�� ��� � �� ���� ���� � ������ ���� ��� �������� �� ���� E������� ��F ������ ���� ���� �� �������� � � ���� ��

�;�� � �1��;1 � ����*

�;�� � ���� � A<��<�;1 � A��.��*

� ��<�

����� �;� � ��� ���� ���� � ��� � ��� ���� ������ ������� ���� �������� �� ��� ������+ 1 � ��� ������ �� ���������+ � � ��� ����� �� �� ��� ��� �������� ������ �������� ��� ���� ������ �� ��� ��"���+ �� ���� � �������� ��������� �� ��� ������ � �� ���� ��

���� � .������� %������� .A

�A�

9� ������������� �"����� 6 ���� ������ �� � �� ����� ��� ����� �"�� �� 2���+ ��� ������� ���� �4 �� ������� ������� ����� ��������� � ���� ��

� � .��*

�;1�/�

9� ��������� ��� �-������ ��� �4 ���� �"����� 6+ ��� ������� ��������� ���� � ������ ��� ������ ����� ���������� �� ������� �

�;�� �

%)�<

�<�*

�;<1

���� �)�

3� � ��������� �� ���� ��� ���������� �� �;��� �� �����$��� #"� )+ �� ������ ��� �� ����-�� ������������+ �����

�������� ��������� ����� ����� �� ��� �� )..-1��222�����3�4!(�"��� � ����������� ��!"�# �$ % ��� &��� ��'()�'� "�%

2��� !� � ��(���( (� ��� �� 9� ,(� � ����: /�������

2��� � � � ��( ����� �� � ����� ,��� ������ ���� ��( ��+��(�

Page 6: Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals

��*�+)�*',�" �*-�,.* �/ +!�,�** ��(.!�" '( ��"�,.'0� ��*�! �'(.�!'(# �/ ��.�"*

�����

�� 7� !�� ����� ������ ��� ��� ���� � ������ ��� ������ ��

���� ��������� �� ������� ����� ����-�� ������������ ������� �� ���� !�� � �� ��, ������ �� ��������������� ������ �� ����� � � ������+ �� ����� ���� ���;��� �� ������ ��� �� ���� �� �� ������ ���� ��������+ ��������� �� $� � %% ���� H��� �'.6*

@�������� ������� ���������� �� ����-�� ������������� �� ������ �� ��� �� �� ���� ���� � ������� $�� ��� ������ ������������ �� �����+ ��� ������ ��� �� ������������� ��, �� ������� ����� ���� ��� ����� ��� �� ���������� #���-�� ������������ �� ������ ����� ���������� � ������ ��� ���� �� ������������ �� ������ ��� �������� �� ���� ������� #������� �� ����-�� ������������ ���������� �� ������������� �-������� �� ������ �� ���������� ������ �������� ����� ���� ����,����� ���������� �� ������� %7.7C6+ ���� �� $� � %. �

� �-���� �� ���������� ������ �� ������ �� �������������� 3� ��� ��+ ��� ���� ����� ���� ��� ���������� ���������� ���� ���� ��� ���� �� ����� ������ ��� ����� ����� ������� ����� !�� ���������� �� ���� ����,�� � ����������� ������� 3� ������+ ���� �� ��� ���������� �� �������� %7.AC6 �������� � �� ��� ��� ����� ������+ ������ $� � %.�+ �� ���������� ������� ������ �������� ���������� ��� ����� ��� ��� ����� !�� ����� ���������� ��������� ������ �� ��� ������� ���� ���, ���� �� ������� ����-�� ������������� 3� ����� �� ����� ��� ���� ������ ��� ������ ����-������ ����� ���� ����,����������� ������� ������� ���� ����-�� ������������ �

���� ��� �2� ������� �� �������� �������� ����������#"����� C ��� ��� ��� ������ ����� ��������� �� ��������+ ��� ������� ���� �� ��� ������ �4 ������ �� ��� ��������"��� ��������� ���� ���� � ���� 3� ���+ ��� ���� �� ��"���� �� �� ����� ��� �� ���������� ����� �� �� ��������������� �� � �� ������ !��+ ��� � ���� ��� �������� ��� �4 � ���� ���� ����� ��� � �����2�� �����������������+ ��� ��� ��� ����� �������� ������� ���������� ����������� ������ � ��� ���� ��"��� ��������+ ������� ���+ ����+ ��� ��� ������� ������ ���� �-����� ������� ���� ������� ��� �2� ������� �� ����������� ����� � !�� �������� � �� ��������� �� �-����� ���

������ ������������ �� ��� ������� !��)���A= ����� �������� ����� ��� �2� ��� ������������� �� !��)���A=�!��+ ��� ������� ��� E ��� ������ F �� ������ ��� �

����-�� ������������ �� ������ ����� ���������� � ���� �� �� ����� ������ +'.)* �� ���+ ����� �������� �� ���������� ���� � ������ �� ����� ���� ������� &������� ��� ������� ���� ������ ����� ���������+ ���,���� �-��� ����+ ������� ���� �������"��� �������� ���� ����� ����� �� ���� ����-�� ��� �� ��� ������ ��������� ��� ������� ������� �� ������ ��� ����� ������� � �� ����� ��� ��������� ������ �� ��� ����������� �,� ���� �� ���������� �� ��� �������"��� ������������� ��� ����� ��� ��� � ���������

�� & ������'��� �=������2���� �� ������� � ���� ,���� ���������� ��

����� ������� �+'.B(<7* �������� ��� ������� '<%+ <.* ������ ���� �������� ��'<<* #�������� �� ���������� ������ � ���� ����� �� ������ ��� ����� !�� �������������� ���� ���� ���� � ������� �� ���� ������� ���

"�( � ����������� ��!"�# �$ % ��� &��� ��'()�'� )..-1��222�����3�4!(�"��� �������� ��������� ����� ����� �� ��� ��

2��� ��� �������� � �� ���� ����� � ����( ,��� ��� �� � ������� � �������� ��( ,�(��� <�/��� ( ,��� �� ���� ����� �� � � �� � ������� �%���� ;� ��� �!!�&�

a)

b)

2��� �#� �& ����( ���� ������� � �*� �� �( .�"8��"�1 /�������� � � ��� ��(���������� ������ ���� ��( �& ����( ���� ������� � ����� (� .�"8��"�1������

Page 7: Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals

��*�+)�*',�" �*-�,.* �/ +!�,�** ��(.!�" '( ��"�,.'0� ��*�! �'(.�!'(# �/ ��.�"*

�����

��

���I � ������� �� ��� ���� ��� �������� �� ��� ������ �� �����+ ��� ��� � �� ��� ��� � ��� �����+� ������� �� ��� ��� ���� ��� ���� �� �����������������

���� �"������ � ���� ����

!�� �������� ��� ������ ��� �� ��������� ��� ���� ���� ���� ��� ��"��� �� �"��������� ���� �� ���� � �������� ���� �� K���2 �� ���� �������� �� L�����'<<* �� ���

(=�(�

� �

���������������%

.��-.

��>� � >� �6�

����� � � � �� � ��������� ��������+ , � 9���2����������+ . � ��� ������ ����������+ > � ��� ���� ������� � ��� ��"���� ����� ���������� �� > � ��� ���������� ������ ���� �� ��� ��"��� ������ !�� ����������� �

������ ��� ��� ������� �� �����2�� �������� ��� ��������� �� ��� ������� ��, ���� ��� �������� �����+�����+ ��� �-���� ��������� ��� � ������ ���� � ? %��� ���� ����� ��� ��� K���2�L����� �"����� �

�� �������� �� �����2���� ���� ���� ���� ������ 3� ��������+ �� ���������� ��� ��� ������ ����� 7�% !�����%7(A ���+ ��� �����2���� ��� � ����������� �� ������ ������ ��� �� ��� �� �� ���� ������� �������� !�� �������� �� ��� �� ���� �"����� ��� ��� �-���� �����2����� ��� �-����� �� � ���- ���� '<<*

� �������������.�-.

�>� �B�

!�� �������������� �"����� ������� ��� ��� � ���"��������� ���� ������ �������� �� ���������� ��� ���� ��

(>� � *(.?..

�C�

����� * � ��� ���� ����� ��� �� �����2���� �� ? � ������� ������� 3� ��� ����� ��� �� �����2���� � ����� ������ ��� ��� ���������� �� � �� �������+ �"������ %< �� �� ���� ���� �� ��� ��� �������

>��.� � >7� *?. �%7�

$�� ��� ������+ �� ��� �� � �� ���� ������ �����% !��� �%�<%/ M %7(/ ���+ �� � ���� ������� �-������������'<A* ��� ��� ���� ������ � ������ ������ �� ��� ����������� �� ��� ���� �� #"� %<� ���������� #"� %A ���� �"������ %. ��� ��� ��������� ��� ����� ��� ����

� � >7

������������.�-.

�� *?. �%%�

����� ��� ��� �-�������� ���������� �� ��� �����2������� �� ��� �����2���� �����������

���� #��� ������ ��� $����%��� &���� $�����

3� ��� ������ �� ���� ����� �����+ ������� ����� ���������� ��� �� �����2�� �� ������� �� �� �������� !��������+ � ������� �� ��� ����� ���� ��� ��������� �� ��� ����� ��� �� ��������� �� ������� �� ���������� ���� ��� ������ 9��� ������ ���������� �� ��� ������������ �� ���� ��� ���� ��� ��� �� �� � ����������������� �� ��������� ��� ��� ������� ����!�� ��� � � ������ ����������� �� ������ ����

���� � �������� ��'</*

-��� � .���������

��%.�

����� � � ��� �������� ����������� ��.N� �� ��� ����� �� �����"��� �� � � ��� O�������� ����O �� ������� ��� �������� ����������� ��� �� ������� �� ��� ����� �������� ����� ������ ����� !��+ ��� ���- �� ��� ����� ���� ��� ���,��"��� �

<� � -����5��� � 5�� �%<�

����� <� � ��� ���- ����N�.�+ 5�+� �� 5�� �� ���������������������� �� ��� ����� �� ��� ���, �� � ��� ����� ������������� #�������� ���� ��� ����� �� ���� ���� ��������� ������� 3� ��� �� �� � ����+ ��� ��������� ����� ���- �� � ������ ��������� � ���� ��'</*

<� � ��>7�5�

������������������.��?.

� �%A�

����� �� � ��� ������� ����������� �� ��� ���������+ >7� ���� ���� ������ �� ��� ���� ��������� � ��� ��������������� �����������+ � � ��� ���� ������ �� ��� ���� ���� ��� ����� �������� ��� ��� $��� �"����� %B+ ��� ������� ����������� ��� ����� ��������� �

-�� ���>7�

������������������.��?.

� �%/�

1��� ��� ������ �� �����2���� �,� ���� ����� ������ ������ ��� 7�% !���+ ��� ������� �� � ������� ����� ��� � �� �� ����+ � �������� ������� D������� ���������+ ��� ��"��� ��� � ������ �� ������������-� �� �� �"���������� !��������+

-����5��� � 5�� � -��5

� �%)�

��������� ��� 5�� ���� #"� .7 ���� #"� %6+ ��� �-��������� ��� ���- � ���� ��

<� � -�� -���

-�� � -���5���

� @5��� �%6�

����� @ � %-��

� %-���� ��� ������ � ������ ��� �������

�������� ��������� ����� ����� �� ��� �� )..-1��222�����3�4!(�"��� � ����������� ��!"�# �$ % ��� &��� ��'()�'� "�"

Page 8: Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals

��*�+)�*',�" �*-�,.* �/ +!�,�** ��(.!�" '( ��"�,.'0� ��*�! �'(.�!'(# �/ ��.�"*

�����

�� 9� ������� ��� � ������ �� ��� E�������F %N-�+�

�� %N-�+� ������� �� ��� ���+ ��� �� ��������� ����������� �� ��� �� ����� �� � ������ �� ������� ��� ������� ��� ��� ������� ���� !�� �� ��� ��� �� ��� �� ������ �� ���������� �� ����+ ��� �� ��� ��� ���� �� -�+� �� �������� �� ������ �� ��� ������ � ������ ���� ���������+��� ����� ��� ���� ������ >7� �� ��� �����+ ��� ����� ������� �� -�+� �� ��� ����� ��� ������� ������� �� �������������� �� � ��������$�� �-����+ �� � ���� ��������'<.* ��� ��� �������� ���

������� �� ���� ������ �� ��"��� ���� ����+ -�+� ����� ��� �� � % M %7(/ ( % M %7(A �N� 3� ��� ������� �� ��������� ��"��� ������ � %C.7 L �� �������� ��� ������ �� ���� ������ �����+ ��� ��� ������ �������� ����-�+� ? )�% M %7(A �N+ L ?%�A M %7(A �N �� ����� -�+� ? %�C M%7(A �N� H���� ��� ��� ����� �� � 7�%) �. �� ����������� �������� ������� �� ��� �-�������� � 6 M %7(. �N+ ��� �������� ���� � � �� ����� < � !�� ���� � �� ��� ������ �� ��� ���� �-������ �� � ����������� ������ �����'</* 3���� ���� � ��������� ��� ���� ������ ��� ������� ������ ��������� ���� ���� ����� �� ���������+ ���� ����-������ �� �� ��� ��� ��� ��� �� ����� ������������ �� ��� ����� �������� �� ��� ���� ���� ����� ���� ���� �2� � �� ��� ����� �� ��� ��� �������� $�� ������ �� ���� �� /�7B M %7(. �N �. ��N� �� ��� �������� �� / M %7(. ��+ ��� ���� �� � � 7�7% � �� �� ��� �� ������ �������� ��� ��� ���� �2� ����� ������������+ �� � �-������ ��� ������ � �������� �� ������ ��� �� ��� -�+�+��� ? %7 -�+�+#9� !�� ��������� ���� �� ���� ���������� ������ �� ���� ��������� � ��� ���� ������ ������ ��������� ������� ������� ������ ������ ��� �� . �� < ����� ��� ������ �� ��� ��� ��� �������� �� ��� ����� ��� ����� ��� ���� ������� �� ���������'<7*�!�� ���������� ������� ���� ��� ��-�� �� ������ ���� ���� �� ��� ��� ������� ��� ��� ������� � �������2���� � ��� ���� ������#�������� �� ������ ������� ���� ��� ����

���� �� ��� �� �� ����� ��� ������ !������� �� ��� �� ��������� �� � ������ �������� � ���� ��'.C*

>*�� � ���*� � �6�� �%B�

����� >�+� � ��� ����� ��� ��� �� ��������� ��������� �+ � � ��� ��������� ��� �� ������� �+*� � ��� ����� ��� �� �����2���� �� ���� ���������� � �� �6� � ��� ����� ���� ��� �� ��-�� �� � �� ��� ����� !�� ��������� ����� �� �������� ��, ���������� ������� �� ��� ���� �����

���� $����%��� '������������ �������(���"�� �!�

#������� �� ������ ��� ���� �� #"� %A ��%/ ��� ���� ��� �� ����'<A* �� ������ ��

��� ���� ������ �� �������� !�� ����� ������ �� ���������� ������� �� �������� �� ��� �� ���� �� !��� %����� �������� ��������� �� �� ��� �� ��� ����

���� �� �� �� ��� ����� �������� $�� �-����+ �� ���%7(/ ( %7(A !��� ����� �� �+ �� ������� �� ��� ���� �-������ �� ;� ��� �����2���� ���������� ����� ��� ����� ���������� ������ ������ K����+ �� ���� ������� ���� ��� ���� �� � �������� �� �����2� ���� ������� ����� �������� �� �� !�� �����2���� ���������� ��������� �-���� ��� ������ ����� �� ��� %7(< ( %7(. !��� �� �� 3���� %7(% ( % !��� �� �+ ��� �����2���� ���������� �� ���-�� �� ��� ������ ����� ��� ��� �� � ������� �� ����!�� �� � ���� ���� ������� �� ��� ������� �� ��������� ������ ��� �����2���� ���������� � ������� K�������+ �� ����� �� ����� ��� ���� � % !���+ ��+ ��+ 5 + 5����� �� �����2�� !��������+ �� ����� �� ������� �����2��������� ���+ ������� ����� �� ��������� ����� ����������� ����� �� �� � ������

��)� (������� ���� *��� ��� �� ������ �����������������

=������2���� �� ������ ������� � ���� ������� ������ ��� ������� ����� �� � ������ !�� ��� ���������������� �� ��� ���������� � ���������� �� �������2�� �������� �� ��� ��� ������+ ������� ������� ��������� ��

"�) � ����������� ��!"�# �$ % ��� &��� ��'()�'� )..-1��222�����3�4!(�"��� �������� ��������� ����� ����� �� ��� ��

.��� �� 1�� ��0��� � �������� � ���( ���� � � ������ � � �����

#������ !� �8 �� !� �8 �� =����2���� ���������� � =���� ;����� �!����

%7(/ %7(A %7(< %7(. %7(% %

�� )/C .AA6 BB. C6. %7B. %.76 %<A6 %/A6

9 .7.6 <C.6 %)B6 %B.6 %C66 .%/6 .<66 .)/6

�� %AC/ .B66 %%). %.). %<66 %/%6 %)C6 %C76

�� %C7< .))/ %7). %%). %.)6 %<C. %//6 %6<6

�� %7BA ./6B CA. %7<. %%A. %.6. %A.6 %)..

$� %/<C .B/6 %%76 %.76 %<.. %A)6 %)<6 %BA6

5 )/7 %%7A .B6 <<7 <B. AA. /%6 )%.

5� %.AA .7/% )C6 6)6 B/. CA6 %7)6 %..6

5� ./66 AB.6 %CB6 .%)6 .<66 .).6 .C.6 <.C6

@� %A/. .B<C %%A. %.A6 %</6 %AC6 %))6 %B66

;� <.B %6/% AB6 //% ).6 6%C B<. C66

�� %A%/ .6B6 %%66 %.B. %</6 %/A6 %6%6 %C.6

!� %))7 <.B6 %<.% %A<% %//B %67< %B66 .7B<

= %B/6 <<66 %A<. %//% %)B6 %BA6 .7<6 ..B6

1 <<66 //.6 ./A6 .6/6 <776 <.C6 <)A6 �N

P� A.7 C7) .7B .A) .C7 <A. A7/ AB/

P� %B/. AA7/ %B<6 .77. .%B6 .<B6 .)A6 .C66

!�?������ ����� !�?������ �����

Page 9: Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals

��*�+)�*',�" �*-�,.* �/ +!�,�** ��(.!�" '( ��"�,.'0� ��*�! �'(.�!'(# �/ ��.�"*

�����

��

��� ���� � ��������� ���������� �� �������2�� ��������� �,� ���� �� ������ �������� ����� ��� �� �������������� ����� ���"���� ������� �� ����� �������� =������2���� �� �� ��� ��������� �� ������ �������� ������� �� �������� �� ���� ���������3� ��� ����� �� ��� ��� ���������� �������+ ��� ����

2��� � ��,��� �� ����� � ��� �� ��� �� �������� !���������+ �� � ������ �� ����� ��� ������� ������ ��� ����� �������� ���������� ��� ��� ��� �� ��� �����2������������� 3� ����� �� ������ ������ �� ��� ������� ���������+ ��� �������� ������� ��� ��� ������� ������� �� �� � ����� �������� �� ��� �� ��� ����� ���������� ������ � ������ �� �� �� K����� �@���� �� � ��������� �� ��� �������� ��� �������� �� ��������� ������� ������ ������� �� 3� � ������ �� ��������� ����� ����������� ������� �� ������ ��� ��� ���� ��� �� ���������� ��� � ��� ���������� �� ������� ������� ����� ��� ������ � ���������� 3� �������+ �� ������������� �� ����� � �������� �� ������� E������F ����������� ������� + �������2�� ������ ���� ���� �� �������� �� ���� ��� ������� 2��� �� ��� �� ��� ������ �����!�� ��� ���� ��� � ������� ��� ��� � ������ ���

����� ������� �������� �� ��� �������� �� � ������'<<*

� � -.���.

�>��.

�%C�

����� , � 9���2���� ������+ . � ��� ������ �����������+ > � ��� ������ �� � � ��� �������� �������� ������ � ? / �+ . ? .CB L �� > � �-����� �� ;+ #"� .<������ ��

� � <�).A %7�<> �.7�

!��� . ��� ��� ��� ���� ��� �������� �� ���������� %7 ������ D��� ��������� �� !��� .+ ��� ���� ���������� ���������� �� �������� ������� �� ��� ���

������ �� ������ ��� � �������� !�� ������ � ������� ��� ������ �� ��� ����� ������ ����� � ���������� ��� 7�/ �� �� %7(6 !��� ����� �����+ ���� ��� ������� ��� � ���� <) �+ �������2�� ���� ��� ����� ���������� �� ��� ��� ������ �� ������� ������ ���� ����� ����� �� � ������ ����� �����+ %7() !���+ ��� ������� ��� �� <�/C � � ���� � ����� �� � ������ �� �� ��� ��3� � ���� � %7(/ !��� ��� ��� ��� ���� ��� � �� �� ������� � ������ �� !��+ �� ��� ����� ��� �� �������2�� ������� � ����� ���������� �� ��� ��� ������ � �� �� ���������� ��������+ �� � ������ �� ������ � ���� �� ��������� ������ 1� ��� ��� ��� ����� ��� � ���������� ������� �� ������� ��� ��� ���� ��� �� �������2����� �� ��� ����� �� � ������ ����� ��� �� !�� ��������� � �� ��� ��� ������ ������� ����� ������������� � �� ��� ��� �������� �� 6�) M %7(< !���� !�� ��������� ������ ��������� �� �-��������� 1���� ������� ����������� � ������� ����� ��� ������� � %7(A !��������+ ���������� �� ��� ��� ������ � ����� ����������� ��������� � %7(< !��� �����+ ������ ��� ����������� �� � ������- ��� ����� ����� ������� ���� ������� ��� �� ���� ������������� ��� ������� �����

��+� #��� ��� (� ����� �� �"�����"� ,�������

5����� �� �� � ���������� ���� ����� �� � ����� �������� � ������ ����� ����� ������ ���������� ��������� ��� ���� ������� �� ���� ���������� �� �������2����� �� �-���+ ��������� �� ����������� ��������� &������� �� ���� ���� ����� ��� ������� ����� ����� ������� �� ������� ���� ����� �� ���� �� ����� ���������� ������ �=35�+ ����� �� �������� �=�&� �� ����������� ���� ����� ������� �#9�K&�� !�� ������"�� =35+=�& �� #9�K& �� �������� ���� �������� ��� ����������� �� ������ �� ������� ���� �������� ���,�� ���������� �� ���� �� �������'<)*� $��� ��� ���������� ����� ����� �������+ �� � �������� �� ������� ��� ������� ������� �� ����� ����� �� ��� �������� �� ��� �������� �������3� ��� ������������� ���� �� ���� �-��� � 5/:�+ ����

��� ����� ���� �� �-� �� �� ���� �� ��� ���� � ���� ��

A�

��

�>�/A��/>�/A�

�.%�

����� ;5/:� � ��� ����� ������ �� ��� ���� �-��� 5/:�

��� ������ !�� �-� �� �� ���� ���� �� ��� ���������� � ������� ��� ���� �� ���� ������� �� �-� �� ������� �� ��� ������������ �� �-� ��+ ��� ���� ������ ����� ���� ������� B7 �� �-� �� �� ��� ����� !�� ���� ? � �������� �� 9����� �� &�������'<6*

? �A

� ���� �

A

� �����

�..�

�������� ��������� ����� ����� �� ��� �� )..-1��222�����3�4!(�"��� � ����������� ��!"�# �$ % ��� &��� ��'()�'� "�*

.��� #� ��� �� ���� �� ���� � �����

;����� ���� ;����� �!���� ���

% 6)7 <�/C M %7(B

%7(% 6) <�/C M %7(6

%7(. 6�) <�/C M %7()

%7(< 6�) M %7(% <�/C M %7(/

%7(A 6�) M %7(. <�/C M %7(A

%7(/ 6�) M %7(< <�/C M %7(<

%7() 6�) M %7(A <�/C M %7(.

%7(6 6�) M %7(/ <�/C M %7(%

%7(B 6�) M %7() <�/C

%7(C 6�) M %7�6 </�C

Page 10: Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals

��*�+)�*',�" �*-�,.* �/ +!�,�** ��(.!�" '( ��"�,.'0� ��*�! �'(.�!'(# �/ ��.�"*

�����

�� 3� ? > %+ �����2���� �� ��� ���� ��� ���� ����� ���

�-� �� ������� �� ��� �� ����� 9����� �� &������� ������ ������� ����������� �>/70� ���� ���� ����� �� ? > %7���� ��� & ? %7+ �����2���� �� %70 �� ��� ���� ����� ��/70 ��������� �� �-� �� ��������� !���� �� ��� ��������� � ���� �� !��� <�3�������� �� !��� < ����� ��� ��� ������� ��+ H�+ ;�

�� �� ���� ����� � �� � ����������� �� ��������� �� ���-���� K������+ ��� ����� ���� �� ���� ����� �� ����� ������� �� ��� ���������� �� ����+ ������� �� ���,������� ���� ��� ����� � ������� ��������� ���-�������!��������+ �� ����� �� ���� ����������� �� ��� �������� ����� ���� ����� ������� �� ��� ����� ����� �� ������� � ������ ����� ����� ������ �����������+ �� � ��������� �� ������� ��� ���� ��� ������ ������� �� ��� ��������, ������+ ��� �� �� ������� ������� �-� �������������+ ��� ���� ���� �� ��, �� ���� �� ��� �������� ����������� ��� �� ��������� ��������� :� ��� ��������+ �� ��� ��������� ���� �-���� P� ��� ���� �� � ����� �� & �� ���� ��� ����� � �� � ������������

$� ��++��� ��� � ������ ��!�� ������ ������ ��� �� ��� �������� ������ �����

��� �� ��� ������� �� ����� !�� ���������� ������� �� ������ ��� � �� ����� ������� ������������!�� �������� ��������� �� �� ��� ���� ������ �� �������� ������ ��� ������� �� �����

$���+ ��� �� ����� �� � ��������� � ������ ����������+��� ���� ���� ������ ���� �-��� ���� ����� ���� �������� ������ �� �-� ��� !�� ������ ��������� ����� ����� � ���� �-���� �� ��� �-��� �� ����� �� ����������������� ���� �� �� ��� ��� ������� ���� ���� �� �������� ������ + ������� �� ���� ������ ������� ����+ ������� �� ����� ��� ����� H��� ������ ��"���� ������ ������� ����� �� ������,�� �� �� � ����� ������������ �� ������ � ������ ����� ������������ K�������+ ���� ����������� ���� �� ��� ����� �������� ���������� ������ �� ��� ������ � 3� ��� �� ���������� ������ ����+ ������ �� ������ � ��� �������� ���������� ������ �� ��"��� ���� ������ �� �� ��� ,���� !�� � �����"��������� ������� �������� ��������� ����� ����+��� ������ �� ������������� !� ����� �������� ������ ����� ������+ ��������� ��������� ������� ����������������� ����+ ����-�� ������������ ��� �,� ���� �������� ���� ��������� ��� ��� ��� �� ��� ������ ��������� ������ !�� ���� �� ������������ �������� ��������� ������� �� ��� ��������� ������ � �� ���, ��������� �������� ���� �� �� ������� ������� ������ � �������� ����� ������� ��� ��������� ��"��� �� ��� ������������� ��� �� ��� ��������� ������������� � ������� ����� �� � ����� ����� �������

����� ���� ������ �� ������ + ��� ���� �� ������� ������2� ��� �� ��������� �� �����2���� ���������� ���� �������� ���� ������� =����2���� �� ������� ����� ���������� �� ��� ��� ������ ��� ������� ����� ������� � �������� �� ��������� �� ���� � �������� ��

��� ������ ������ !��������+ ��� �������� ����� �� ��������� ����� ������� � ������ ����� ������ ����� ������������ ���� ��������� �����:������ ����� ��� ����������� ������ ��� ������� �� �������� ��������2���� �� ����� ��� $���+ ������� ��� ������ ������ �� ��� ��� �������� ������ ��� ��� �����2��������������+ ������ ��� ��� �� ��� ��������� ���� ��� ���� ���������������� � ������� �������2���� �,������ ������+ ��� ������� ������ ������ ������ ��� ��� ���� ��� ���������2�� ���+ ��������� ����� ���������� ����� ���� ��� ���� ���� �� ��� ���� ������ �������� ������ !����+��� ��������� ���� �� ����� ������������2�� ������ �� ���� ��� �������� 2����3� ��� ����� ���� ������ �� ����

������� �� �-���+ ��� ������� ���� ���� ����� ����� �� ������� ������� ����� ����������� �� ��� ������������� �� ��������� ���-�������������� K������+ �� � ����� ������ ���� ��� �� �� ��� ������� �� ���

"�� � ����������� ��!"�# �$ % ��� &��� ��'()�'� )..-1��222�����3�4!(�"��� �������� ��������� ����� ����� �� ��� ��

.��� 3� 1�� ��0��� � ����� � � ���( ����� ���� C�,� ��( ? ������ D37E %�!8#&�

#������ #������� :-��� !�L� ;5 ���� Q7 ��� & ���� Q7�

:-� �� ����� �� A�� ���� ����

�� ��: %)B/ %7()�< %7(<�6 %7B

H� H�: %.%7 %7(C %7(.�/ %7C�/

�� ��: %777 %7(%7 %7(. %7)�<

;� ;�: %777 %7(A�B %7(<�% %7.�)

:-� �� ����� �� !������� 5���

!� !�: %CA7 %7(/�. 7�< %

= =: .%C7 %7(A�A 7�< %7

�� ��: .%6% %7(.�. %7(. %77�/

5� 5�: %/%) %7(.�B %7(. %7(A

$� $�: %B%7 %7(A�/ %7(.�. %7(7�A

�� ��: %6)/ %7(/�% %7(.�% %7

@� @�:+: %6.) %7(/�A %7(.�% %7

:-� �� ���� �� ��������� ����

P� P�: .%./ %7(6�6 %7

@� @�: .6A7 %7(/�B %7<

5� 5�<:C+ 5:<+ 5:.+ : .BB7 %7(A�< %7)

! !: <./7 %7(/ %7/

1 1<:C+ 1:<+ 1:.+ : <)/7 %7(A %7)

Page 11: Physical Aspects of Process Control in Selective Laser Sintering of Metals

��*�+)�*',�" �*-�,.* �/ +!�,�** ��(.!�" '( ��"�,.'0� ��*�! �'(.�!'(# �/ ��.�"*

�����

��

��� �� ������� ��������� ���� ��� ����� � ��� ������������ ��� �� ������������ ����� !��������+ ��� ���������� ����� ������ ������ ���� ��� ���� ���� �� ������ ������� ����������� �� ������� ��� ������� �������� ������ �� ��� ������� ��������

?���(' ��� #$� # 3

�'%* �� + 5� 1������+ R� R� 9���+ � �� 9������+ �� �("

���� �� > ,(� ��������� F >��������� �������+ 5���;����� 3������� $��������+ ;��������+ @R+ �--.+�� .%()6�

'.* �� + >���� .��+ D�������� �� !�- � �����+ �--/�'<* �� + 5� 1������+ R� R� 9���+ � �� 9������+ GA�

�--/+ $ %�#&+ %6�'A* �� + R� R� 9���+ 5� 1������+ � �� 9������+�������

F ���� �---+ # %#"3&+ %%/�'/* �� + !� $����� + H� ���+ �� #� 9����+ R� R� 9���+

� �� 9������+������� F ���� �000+ #�%#&+ )<�')* � �� 9������+ 5� 1������+ @� K���+ �� + R� R� 9��

��+ �(�� ���� ����� �00�+ �+ ))<�'6* R� �� @����+ >���� .��+ D�������� �� !�- � �����+

�--��'B* 5� 5� ���+ >���� .��+ D�������� �� !�- � �����+

�--��'C* 5� L���+ !� �� 9�� ��+ G� 6�� .����� �--.+ ��!+

B.A�'%7* &� 5� !����+ !� �� 9�� ��+ G� 6�� .����� �00�+

�#�+ //<�'%%* �� #� !������+ !� �����+ ?���( >� � ������ G� �00�+ 7+

%B7�'%.* � #� 9������+ >���� .��+ D�������� �� !�- � ���

���+ �--+�'%<* J� P�� + �� $ ���+ G� 6�� .����� �--/+ �# + BB<�'%A* J� P�� + �� $ ���+ ���� G� 6�� �� .����� �---+ �#+

66/�

'%/* J� P�� + �� $ ���+ �� 1� 9��,���+ !� �� 9�� ��+���� G� 6�� .����� �000� �##+ %/7�

'%)* 5� ������+ �� J�������+ $� ���+ L� :,�+ ���� G������� . � ���������� �---+ 3!+ .<6�

'%6* � &� H,���+ ���� (���� � � �� .��� (������ � ���"����+ !����+ $����+ @�� J��, �--++ �� <67�

'%B* @� 9���2+ �� �� !��������+ �� � ��� C - � C��0���F C��0��� .��� � ��+ ��5+ �-/0+ �� B)(C7�

'%C* �� ��������+ 1����� ���������+ ��5 3����������+1������� �--0+ %7%�

'.7* 9� #� ��+ � �� 9������+ ?���( >� � ������ G� �000+ 8+ C6�'.%* ;� H� � H����+ ?�� � (� >��� %CB/+ $7%3&+ B.6�'..* �� ���������+ �� �� �����+ >���� � 2���( �--.+ !+ ..%6�'.<* �� ���������+ �� �� �����+ >���� � 2���( �--.+ !+ ...6�'.A* �� ���������+ �� �� �����+ >���� � 2���( �--.+ !+ <%6.�'./* �� R� 1��+ � &� 5�����+ G� ���� ���� �-1�+ ! + <CA�'.)* L� #������ + ���� (���� � � �� >������ ��������� �

4�(���+ 9�����������K������� �--�+ �� ))�)C�'.6* S� H��� + ������������ � (���� � 4�(���+ !�� 3����

���� �� 5����� �--)+ �� ...(..6�'.B* :� 1��,���+ &� 9,��+ 1����� ���������+ #������

�-.�+ ������ 333�'.C* �� 9���,�9�����+ !� 1� # �+������ .���� �-/)+ %/9�'<7* 5� 5� ������+ �� ;��+ !� �����+ ��� .���� C+ ��C

�-/.+ 6<<�'<%* &� 9,��+ ���� (���� � � ����� � C�� .��� � ��+ 1��

���+ �-1�+ ������ )�'<.* R� K��������+ &� K���+ �� ����� � C�� ������ F ?"

������"���� � �� ��� %CB/+ 9,�� 5����� �����������+ #+ �� .)(<B�

'<<* &� H�� + 6��(� - � .��� 2��� .��� � ��+ ������ %+5�H���K���+ �-.0�

'<A* �� ����+ ��������� 2 ��(��� � � 1����� .����+�+������ %7+ 1����+ �-1��

'</* � &� ;������+ H� K� H�� ��+ .���� �� >�� ��� �� ��"����� >� ����+ ������ %/+ !5� �--)+ �� /)7(/)6�

'<)* R:5 �--/+ !5�+ %.�</�'<6* �� 9�����+ H� 5� &�������+ .��� ������ � �� ����

�-1�+ ##�+ %.)B�

����������������������

�������� ��������� ����� ����� �� ��� �� )..-1��222�����3�4!(�"��� � ����������� ��!"�# �$ % ��� &��� ��'()�'� "��