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Entwicklung von Prozessstrategien

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Entwicklung von Prozessstrategien


   Der Elektronenstrahl bietet aufgrund der Möglichkeit zur trägheitsfreien Ablenkung mit sehr hoher Geschwindigkeit das Potential für neuartige Prozessstrategien beim selektiven Strahlschmelzen.
   Mit Hilfe verschiedener Methoden der in-situ Prozessüberwachung (Wärmebild- und Hochgeschwindigkeitskamera) wird ein erhöhtes Prozessverständnis erarbeitet. Insbesondere das Potential der Quasi-Multibeam-Strategie, die der Elektronenstrahl aufgrund seiner trägheitsfreien Ablenkbarkeit erlaubt, wird genutzt, um das Gefüge und die Textur des Werkstoffs durch eine gezielte Beeinflussung der Erstarrungsbedingungen lokal einzustellen. Darüber hinaus werden die Mechanismen der strahlbedingten Materialverfrachtung untersucht mit dem Ziel, bisher nicht erzeugbare Hohlstrukturen im Bauteil zu realisieren.
   Ein weiterer Schwerpunkt ist die additive Fertigung von einkristallinen Bauteilen aus Ni-Basis-Superlegierungen. Dabei soll das Potenzial, das die prozessinhärente, rasche gerichtete Erstarrung bietet, hinsichtlich der Realisierung von ultra-feinen, homogenen Mikrostrukturen ausgeschöpft werden, um das Eigenschaftsspektrum der Superlegierungen weiter zu verbessern. Die Herausforderung besteht darin, den Aufbauprozess soweit theoretisch zu verstehen und dadurch gezielt führen zu können, so dass ein einkristallines Gefüge entsteht.
   Die Arbeiten zur Entwicklung von Prozessstrategien sind eingebettet in die DFG-Sonderforschungsbereiche 814 (http://www.sfb814.forschung.uni-erlangen.de/) und Transregio 103 -(http://www.sfb-transregio103.de/).



Ansprechpartner:

    • Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
SEBM Anlage (Foto David Hartfiel)
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Anlagen- und Prozessschema SEBM
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Technischer Einkristall aus CMSX4 mit polykristalliner Außenhaut
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Vergleich Mikrostruktur SEBM (Insert) mit Guss (großes Bild)
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Vergleich Elementmapping SEBM mit Guss
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Kanalstruktur durch Materialverfrachtung
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SEBM Anlage (Foto David Hartfiel)
Anlagen- und Prozessschema SEBM
Technischer Einkristall aus CMSX4 mit polykristalliner Außenhaut
Vergleich Mikrostruktur SEBM (Insert) mit Guss (großes Bild)
Vergleich Elementmapping SEBM mit Guss
Kanalstruktur durch Materialverfrachtung

Publikationen:


  • Pistor J., Hagen S., Virtanen S., Körner C.:
    Influence of the microstructural homogeneity on the high-temperature oxidation behavior of a single crystalline Ni-base superalloy
    In: Scripta Materialia 207 (2022), Art.Nr.: 114301
    ISSN: 1359-6462
    DOI: 10.1016/j.scriptamat.2021.114301
  • Knoerlein J., Franke MM., Schloffer M., Körner C.:
    In-situ aluminum control for titanium aluminide via electron beam powder bed fusion to realize a dual microstructure
    In: Additive Manufacturing 59 (2022)
    ISSN: 2214-7810
    DOI: 10.1016/j.addma.2022.103132
  • Fu Z., Ye J., Franke M., Körner C.:
    A novel approach for powder bed-based additive manufacturing of compositionally graded composites
    In: Additive Manufacturing 56 (2022), Art.Nr.: 102916
    ISSN: 2214-7810
    DOI: 10.1016/j.addma.2022.102916
  • Bortoluci Ormastroni LM., Lopez-Galilea I., Pistor J., Ruttert B., Körner C., Theisen W., Villechaise P., Pedraza F., Cormier J.:
    Very high cycle fatigue durability of an additively manufactured single-crystal Ni-based superalloy
    In: Additive Manufacturing 54 (2022), Art.Nr.: 102759
    ISSN: 2214-7810
    DOI: 10.1016/j.addma.2022.102759
  • Gotterbarm M.:
    Kornstrukturmodifikation beim Selektiven Elektronenstrahlschmelzen der Nickelbasis-Superlegierung IN718 (Dissertation, 2022)
  • Pistor J.:
    Grundlegende Mechanismen bei der additiven Fertigung von technischen Einkristallen (Dissertation, 2022)
  • Pistor J., Körner C.:
    A novel mechanism to generate metallic single crystals
    In: Scientific Reports 11 (2021)
    ISSN: 2045-2322
    DOI: 10.1038/s41598-021-04235-2
  • Pistor J., Breuning C., Körner C.:
    A single crystal process window for electron beam powder bed fusion additive manufacturing of a CMSX-4 type Ni-based superalloy
    In: Materials 14 (2021), Art.Nr.: 3785
    ISSN: 1996-1944
    DOI: 10.3390/ma14143785
  • Rausch A., Pistor J., Breuning C., Markl M., Körner C.:
    New grain formation mechanisms during powder bed fusion
    In: Materials 14 (2021), Art.Nr.: 3324
    ISSN: 1996-1944
    DOI: 10.3390/ma14123324
  • Gotterbarm M., Seifi M., Melzer D., Džugan J., Salem AA., Liu ZH., Körner C.:
    Small scale testing of IN718 single crystals manufactured by EB-PBF
    In: Additive Manufacturing 36 (2020), Art.Nr.: 101449
    ISSN: 2214-7810
    DOI: 10.1016/j.addma.2020.101449
  • Gotterbarm M., Rausch A., Körner C.:
    Fabrication of Single Crystals through a µ-Helix Grain Selection Process during Electron Beam Metal Additive Manufacturing
    In: Metals (2020)
    ISSN: 2075-4701
    DOI: 10.3390/met10030313
  • Heinl M., Greiner S., Wudy K., Pobel C., Rasch M., Huber F., Papke T., Merklein M., Schmidt M., Körner C., Drummer D., Hausotte T.:
    Measuring procedures for surface evaluation of additively manufactured powder bed based polymer and metal parts
    In: Measurement Science and Technology 31 (2020), S. 1-14
    ISSN: 1361-6501
    DOI: 10.1088/1361-6501/ab89e2
  • Meid C., Dennstedt A., Ramsperger M., Pistor J., Ruttert B., Lopez-Galilea I., Theisen W., Körner C., Bartsch M.:
    Effect of heat treatment on the high temperature fatigue life of single crystalline nickel base superalloy additively manufactured by means of selective electron beam melting
    In: Scripta Materialia 168 (2019), S. 124-128
    ISSN: 1359-6462
    DOI: 10.1016/j.scriptamat.2019.05.002
  • Pistor J., Körner C.:
    Formation of topologically closed packed phases within CMSX-4 single crystals produced by additive manufacturing
    In: Materials Letters 1 (2019)
    ISSN: 0167-577X
    DOI: 10.1016/j.mlblux.2019.100003
  • Bürger D., Parsa AB., Ramsperger M., Körner C., Eggeler G.:
    Creep properties of single crystal Ni-base superalloys (SX): A comparison between conventionally cast and additive manufactured CMSX-4 materials
    In: Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing 762 (2019), Art.Nr.: 138098
    ISSN: 0921-5093
    DOI: 10.1016/j.msea.2019.138098
  • Pobel C., Arnold C., Osmanlic F., Fu Z., Körner C.:
    Immediate development of processing windows for selective electron beam melting using layerwise monitoring via backscattered electron detection
    In: Materials Letters 249 (2019), S. 70 - 72
    ISSN: 0167-577X
    DOI: 10.1016/j.matlet.2019.03.048
  • Pobel C., Reichel S., Fu Z., Osmanlic F., Körner C.:
    Advanced process strategy to realize microducts free of powder using selective electron beam melting
    In: International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2019)
    ISSN: 0268-3768
    DOI: 10.1007/s00170-019-03615-3
  • Köpf J., Gotterbarm M., Markl M., Körner C.:
    3D multi-layer grain structure simulation of powder bed fusion additive manufacturing
    In: Acta Materialia 152 (2018), S. 119-126
    ISSN: 1359-6454
    DOI: 10.1016/j.actamat.2018.04.030
  • Körner C., Ramsperger M., Meid C., Bürger D., Wollgramm P., Bartsch M., Eggeler G.:
    Microstructure and Mechanical Properties of CMSX-4 Single Crystals Prepared by Additive Manufacturing
    In: Metallurgical and Materials Transactions A-Physical Metallurgy and Materials Science 49 (2018), S. 3781-3792
    ISSN: 1073-5623
    DOI: 10.1007/s11661-018-4762-5
  • Hübner D., Gotterbarm M., Kergaßner A., Köpf J., Pobel C., Markl M., Mergheim J., Steinmann P., Körner C., Stingl M.:
    Topology Optimization in Additive Manufacturing Considering the Grain Structure of Inconel 718 using Numerical Homogenization
    iCAT 2018 (Maribor, 10. Oktober 2018 - 11. Oktober 2018)
    In: Proceedings of 7th International Conference on Additive Technologies 2018
  • Ramsperger M.:
    Selektives Elektronenstrahlschmelzen der einkristallinen Ni-Basis Superlegierung CMSX-4 (Dissertation, 2018)
  • Scharowsky T., Bauereiß A., Körner C.:
    Influence of the hatching strategy on consolidation during selective electron beam melting of Ti-6Al-4V
    In: International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2017), S. 1-10
    ISSN: 0268-3768
    DOI: 10.1007/s00170-017-0375-1
  • Riedlbauer DR., Scharowsky T., Singer R., Steinmann P., Körner C., Mergheim J.:
    Macroscopic simulation and experimental measurement of melt pool characteristics in selective electron beam melting of Ti-6Al-4V
    In: International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2017)
    ISSN: 0268-3768
    DOI: 10.1007/s00170-016-8819-6
    URL: http://link.springer.com/article/10.1007/s00170-016-8819-6
  • Rausch A., Küng V., Pobel C., Markl M., Körner C.:
    Predictive Simulation of Process Windows for Powder Bed Fusion Additive Manufacturing: Influence of the Powder Bulk Density
    In: Materials 10 (2017)
    ISSN: 1996-1944
    DOI: 10.3390/ma10101117
  • Rai A., Helmer H., Körner C.:
    Simulation of grain structure evolution during powder bed based additive manufacturing
    In: Additive Manufacturing 13 (2017), S. 124-134
    ISSN: 2214-7810
    DOI: 10.1016/j.addma.2016.10.007
  • Parsa AB., Ramsperger M., Kostka A., Somsen C., Körner C., Eggeler G.:
    Transmission electron microscopy of a CMSX-4 Ni-base superalloy produced by selective electron beam melting
    In: Metals 6 (2016), Art.Nr.: 258
    ISSN: 2075-4701
    DOI: 10.3390/met6110258
  • Körner C.:
    Additive manufacturing of metallic components by selective electron beam melting - A review
    In: International Materials Reviews 61 (2016), S. 361-377
    ISSN: 0308-4590
    DOI: 10.1080/09506608.2016.1176289
  • Ruttert B., Ramsperger M., Mujica Roncery L., Lopez-Galilea I., Körner C., Theisen W.:
    Impact of hot isostatic pressing on microstructures of CMSX-4 Ni-base superalloy fabricated by selective electron beam melting
    In: Materials and Design 110 (2016), S. 720-727
    ISSN: 0261-3069
    DOI: 10.1016/j.matdes.2016.08.041
  • Ramsperger M., Singer R., Körner C.:
    Microstructure of the Nickel-Base Superalloy CMSX-4 Fabricated by Selective Electron Beam Melting
    In: Metallurgical and Materials Transactions A-Physical Metallurgy and Materials Science 47 (2016), S. 1469-1480
    ISSN: 1073-5623
    DOI: 10.1007/s11661-015-3300-y
  • Helmer H., Bauereiß A., Singer R., Körner C.:
    Erratum to: ‘Grain structure evolution in Inconel 718 during selective electron beam melting’ (Materials Science & Engineering A (2016) 668 (180–187 (S0921509316305536) (10.1016/j.msea.2016.05.046))
    In: Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing 676 (2016)
    ISSN: 0921-5093
    DOI: 10.1016/j.msea.2016.09.016
  • Helmer H., Bauereiß A., Singer R., Körner C.:
    Grain structure evolution in Inconel 718 during selective electron beam melting
    In: Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing 668 (2016), S. 180-187
    ISSN: 0921-5093
    DOI: 10.1016/j.msea.2016.05.046
  • Körner C., Ramsperger M.:
    Selective electron beam melting of the single crystalline nickel-base superalloy CMSX-4®: From columnar grains to a single crystal
    13th International Symposium on Superalloys, SUPERALLOYS 2016 (Seven Springs, 11. September 2016 - 15. September 2016)
    In: M. Hardy, E. Huron, U. Glatzel, B. Griffin, B. Lewis, C. Rae, V. Seetharaman, S. Tin (Hrsg.): Superalloys 2016: Proceedings of the 13th Intenational Symposium of Superalloys 2016
    DOI: 10.1002/9781119075646.ch37
  • Helmer H.:
    Additive Fertigung durch Selektives Elektronenstrahlschmelzen der Nickelbasis Superlegierung IN718: Prozessfenster, Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften (Dissertation, 2016)
  • Pobel C., Gotterbarm M., Samfaß V., Osmanlic F., Körner C.:
    Innovative processing strategies for selective electron beam melting: Influence of scan line spacings on composition of Ti-6Al-4V and microstructure of IN718
    6th International Conference on Additive Technologies iCAT 2016 (Nürnberg, 29. November 2016 - 30. November 2016)
    In: Igor Drstvenšek, Dietmar Drummer, Michael Schmidt (Hrsg.): Proceedings of 6th International Conference on Additive Technologies, Ljubljana: 2016
  • Scharowsky T.:
    Grundlagenuntersuchungen zum selektiven Elektronenstrahlschmelzen von TiAl6V4 (Dissertation, 2016)
  • Scharowsky T., Jüchter V., Singer R., Körner C.:
    Influence of the Scanning Strategy on the Microstructure and Mechanical Properties in Selective Electron Beam Melting of Ti-6Al-4V
    In: Advanced Engineering Materials 17 (2015), S. 1573-1578
    ISSN: 1438-1656
    DOI: 10.1002/adem.201400542
  • Ramsperger M., Mujica Roncery L., Lopez-Galilea I., Singer R., Theisen W., Körner C.:
    Solution Heat Treatment of the Single Crystal Nickel-Base Superalloy CMSX-4 Fabricated by Selective Electron Beam Melting
    In: Advanced Engineering Materials 17 (2015), S. 1486-1493
    ISSN: 1438-1656
    DOI: 10.1002/adem.201500037
  • Markl M., Ammer R., Rüde U., Körner C.:
    Numerical investigations on hatching process strategies for powder-bed-based additive manufacturing using an electron beam
    In: International Journal of Advanced Manufacturing Technology 78 (2015), S. 239-247
    ISSN: 0268-3768
    DOI: 10.1007/s00170-014-6594-9
    URL: http://link.springer.com/article/10.1007/s00170-014-6594-9
  • Jüchter V., Scharowsky T., Singer R., Körner C.:
    Processing window and evaporation phenomena for Ti-6Al-4V produced by selective electron beam melting
    In: Acta Materialia 76 (2014), S. 252-258
    ISSN: 1359-6454
    DOI: 10.1016/j.actamat.2014.05.037
  • Helmer H., Körner C., Singer R.:
    Additive manufacturing of nickel-based superalloy Inconel 718 by selective electron beam melting: Processing window and microstructure
    In: Journal of Materials Research 29 (2014), S. 1987-1996
    ISSN: 0884-2914
    DOI: 10.1557/jmr.2014.192
  • Körner C., Helmer H., Bauereiß A., Singer R.:
    Tailoring the grain structure of IN718 during selective electron beam melting
    2nd European Symposium on Superalloys and Their Applications, EUROSUPERALLOYS 2014 (Giens)
    DOI: 10.1051/matecconf/20141408001
  • Schwerdtfeger J., Körner C.:
    Selective electron beam melting of Ti-48Al-2Nb-2Cr: Microstructure and aluminium loss
    In: Intermetallics 49 (2014), S. 29-35
    ISSN: 0966-9795
    DOI: 10.1016/j.intermet.2014.01.004
  • Bauereiß A., Scharowsky T., Körner C.:
    Defect generation and propagation mechanism during additive manufacturing by selective beam melting
    In: Journal of Materials Processing Technology 214 (2014), S. 2522-2528
    ISSN: 0924-0136
    DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2014.05.002
  • Schaub A., Jüchter V., Singer R., Merklein M.:
    Characterization of hybrid components consisting of SEBM additive structures and sheet metal of alloy Ti-6Al-4V
    In: Key Engineering Materials (2014), S. 609-614
    ISSN: 1013-9826
    DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.611-612.609
  • Scharowsky T., Osmanlic F., Körner C., Singer R.:
    Melt pool dynamics during selective electron beam melting
    In: Applied Physics A-Materials Science & Processing 114 (2014), S. 1303-1307
    ISSN: 0947-8396
    DOI: 10.1007/s00339-013-7944-4
  • Körner C., Bauereiß A., Attar E.:
    Fundamental consolidation mechanisms during selective beam melting of powders
    In: Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering 21 (2013), Art.Nr.: 085011
    ISSN: 0965-0393
    DOI: 10.1088/0965-0393/21/8/085011
  • Ammer R., Markl M., Jüchter V., Körner C., Rüde U.:
    Validation Experiments for LBM Simulations of Electron Beam Melting
    In: International Journal of Modern Physics C (2014), S. 1-9
    ISSN: 0129-1831
    DOI: 10.1142/S0129183114410095
    URL: http://arxiv.org/pdf/1402.2440.pdf
  • Schwerdtfeger J., Singer R., Körner C.:
    In situ flaw detection by IR-imaging during electron beam melting
    In: Rapid Prototyping Journal 18 (2012), S. 259-263
    ISSN: 1355-2546
    DOI: 10.1108/13552541211231572
  • Scharowsky T., Bauereiß A., Singer R., Körner C.:
    Observation and numerical simulation of melt pool dynamic and beam powder interaction during selective electron beam melting
    23rd Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium - An Additive Manufacturing Conference, SFF 2012 (Austin, TX)
    URL: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=84889688177&origin=inward
  • Hrabe NW., Heinl P., Flinn B., Körner C., Bordia RK.:
    Compression-compression fatigue of selective electron beam melted cellular titanium (Ti-6Al-4V)
    In: Journal of Biomedical Materials Research Part B-Applied Biomaterials (2011), S. 313-320
    ISSN: 1552-4973
    DOI: 10.1002/jbm.b.31901
  • Ponader S., von Wilmowsky C., Widenmayer M., Lutz R., Heinl P., Körner C., Singer R., Nkenke E., Neukam FW., Schlegel K.:
    In vivo performance of selective electron beam-melted Ti-6Al-4V structures
    In: Journal of Biomedical Materials Research Part A 92 (2010), S. 56-62
    ISSN: 1549-3296
    DOI: 10.1002/jbm.a.32337
  • Heinl P., Körner C., Singer R.:
    Selective electron beam melting - A novel generative manufacturing technique for cellular titanium
    5th International Conference on Porous Metals and Metallic Foams, MetFoam 2007 (Montreal, QC)
    URL: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=56549129261&origin=inward
  • Heinl P., Müller L., Körner C., Singer R., Müller F.:
    Cellular Ti-6Al-4V structures with interconnected macro porosity for bone implants fabricated by selective electron beam melting
    In: Acta Biomaterialia 4 (2008), S. 1536-1544
    ISSN: 1742-7061
    DOI: 10.1016/j.actbio.2008.03.013
  • Heinl P., Rottmair A., Körner C., Singer R.:
    Cellular titanium by selective electron beam melting
    In: Advanced Engineering Materials 9 (2007), S. 360-364
    ISSN: 1438-1656
    DOI: 10.1002/adem.200700025
  • Reith M., Franke M., Körner C.:
    Impact of the acceleration voltage on the processing of γ-TiAl via electron beam powder bed fusion
    In: Progress in Additive Manufacturing (2023)
    ISSN: 2363-9512
    DOI: 10.1007/s40964-023-00499-4
  • Ye J., Semjatov N., Bidola P., Lindwall G., Körner C.:
    Revealing the Mechanisms of Smoke during Electron Beam–Powder Bed Fusion by High-Speed Synchrotron Radiography
    In: Journal of Manufacturing and Materials Processing 8 (2024), Art.Nr.: 103
    ISSN: 2504-4494
    DOI: 10.3390/jmmp8030103
  • Semjatov N., Wahlmann B., Körner C.:
    Multiple interaction electron beam powder bed fusion for controlling melt pool dynamics and improving surface quality
    In: Additive Manufacturing 90 (2024), Art.Nr.: 104316
    ISSN: 2214-7810
    DOI: 10.1016/j.addma.2024.104316

Lehrstuhl Werkstoffkunde und Technologie der Metalle
Martensstr. 5
91058 Erlangen
Deutschland
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