Die Arbeitsgruppe Additive Fertigung (AM) beschäftigt sich mit innovativen Methoden der pulver- bzw. strahlbasierten AM, der Weiterentwicklung von AM-Prozessen und der Entwicklung von speziellen AM-Legierungen. Zum Einsatz kommt überwiegend das selektive Elektronenstrahlschmelzen (SEBM), aber auch die Lasertechnologie.
Es stehen verschiedene EBM-Anlagen der Firma Arcam zur pulverbettbasierten additiven Fertigung mit dem Elektronenstrahl zur Verfügung, sowie nach Weiterentwicklung und Umbau einer kommerziellen Anlage auch ein Aufbau mit 6 kW Leistung. Die vakuumbasierte Elektronenstrahltechnologie erlaubt Bauraumtemperaturen von über 1000°C und dadurch erst eine qualitativ hochwertige Verarbeitung von Hochleistungswerkstoffen.
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Detection of aluminum evaporation for TiAl using electron optical imaging in an electron beam powder bed fusion system — A feasibility study
In: Additive Manufacturing 114 (2025), Art.Nr.: 105034
ISSN: 2214-7810
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Single crystal twisting in additive manufacturing
In: Progress in Additive Manufacturing (2025), Art.Nr.: 117133
ISSN: 2363-9512
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In-situ synchrotron imaging of powder consolidation and melt pool dynamics in electron beam powder bed fusion
In: Additive Manufacturing 110 (2025), Art.Nr.: 104943
ISSN: 2214-7810
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Spot melting sequences for complex geometries in electron beam powder bed fusion
In: Progress in Additive Manufacturing (2025)
ISSN: 2363-9512
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Simulation-driven development of in-situ alloying Cu-25Cr by electron beam powder bed fusion
In: Additive Manufacturing 109 (2025), Art.Nr.: 104874
ISSN: 2214-7810
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Three-dimensional spot melting patterns in electron beam powder bed fusion: high efficiency and tailored texture
In: Progress in Additive Manufacturing (2025)
ISSN: 2363-9512
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Introduction to Powder and Beam Based Additive Manufacturing
In: Progress in Powder Based Additive Manufacturing, Cham: Springer, 2025, S. 1-11 (Springer Tracts in Additive Manufacturing, Bd.Part F386)
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Rapid processing window development of Mo-Si-B alloy for electron beam powder bed fusion
In: Progress in Additive Manufacturing (2025)
ISSN: 2363-9512
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High temperature oxidation of Ni-based superalloy 247 produced by electron beam powder bed fusion additive manufacturing
In: Corrosion Science 257 (2025), Art.Nr.: 113301
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Mesoscopic Modeling and Simulation of Properties of Additively Manufactured Metallic Parts
In: Dietmar Drummer, Michael Schmidt (Hrsg.): Progress in Powder Based Additive Manufacturing, Springer Nature, 2025, S. 309-330 (Springer Tracts in Additive Manufacturing, Bd.Part F386)
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Processing Strategies for Electron Beam Based Powder Bed Fusion
In: Dietmar Drummer, Michael Schmidt (Hrsg.): Progress in Powder Based Additive Manufacturing, Springer Nature, 2025, S. 127-148 (Springer Tracts in Additive Manufacturing, Bd.Part F386)
DOI: 10.1007/978-3-031-78350-0_7 - :
Investigation of the Smoke Phenomenon in Electron Beam Powder Bed Fusion (Dissertation, 2025) - :
Impact of Beam Characteristics in Electron Beam Powder Bed Fusion (Dissertation, 2025) - :
Pulverbettbasiertes Laserstrahlschmelzen von AlSi10Mg auf einer Großanlage im Langzeitbetrieb (Dissertation, 2025) - , , , , :
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
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Anisotropic Superelastic and Shape Memory Effect of Nitinol Manufactured by Electron Beam Powder Bed Fusion
In: Advanced Materials & Sustainable Manufacturing 1 (2024), Art.Nr.: 10004
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Progress in electron beam additive manufacturing
In: Progress in Additive Manufacturing (2024)
ISSN: 2363-9512
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Correction to: A Scan Strategy Based Compensation of Cumulative Heating Effects in Electron Beam Powder Bed Fusion (Progress in Additive Manufacturing, (2024), 10.1007/s40964-024-00807-6)
In: Progress in Additive Manufacturing (2024)
ISSN: 2363-9512
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Effect of scanning strategies on grain structure and texture of additively manufactured lattice struts: A numerical exploration
In: Advanced Engineering Materials (2024)
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Long-term performance of PEM water electrolysis cells with 3D printed electrodes and low catalyst loading
In: International Journal of Hydrogen Energy 59 (2024), S. 480-491
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Graph-based spot melting sequence for electron beam powder bed fusion
In: Additive Manufacturing 91 (2024), Art.Nr.: 104321
ISSN: 2214-7810
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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
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Correlating outgassing and smoke phenomenon in electron beam powder bed fusion of Ti6Al4V using a residual gas analyzer
In: Progress in Additive Manufacturing (2024)
ISSN: 2363-9512
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Thermo-Mechanical Study on Auxetic Shape Memory Periodic Open Cellular Structures—Part I: Characterization of Reentrant Geometry and Effective Heat Conductivity
In: Advanced Engineering Materials (2024)
ISSN: 1438-1656
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Thermo‐mechanical Study on Auxetic Shape Memory Periodic Open Cellular Structures—Part II: Mechanical and Shape Memory Properties
In: Advanced Engineering Materials 26 (2024)
ISSN: 1438-1656
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A Scan Strategy Based Compensation of Cumulative Heating Effects in Electron Beam Powder Bed Fusion
In: Progress in Additive Manufacturing (2024)
ISSN: 2363-9512
DOI: 10.1007/s40964-024-00807-6 - , , , :
A new approach of preheating and powder sintering in electron beam powder bed fusion
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Additive Manufacturing of TiC/Steel Composites Using Electron Beam Melting and In Situ Infiltration
In: Advanced Engineering Materials (2024)
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Powder sintering kinetics during electron beam based additive manufacturing
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In situ build surface topography determination in electron beam powder bed fusion
In: Progress in Additive Manufacturing (2024)
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In-situ electron beam characterization for electron beam powder bed fusion
In: Additive Manufacturing 96 (2024), Art.Nr.: 104567
ISSN: 2214-7810
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Design and Characterization of a Novel NiAl–(Cr,Mo) Eutectic Alloy
In: Advanced Engineering Materials (2024)
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Extracting powder bed features via electron optical images during electron beam powder bed fusion
In: Additive Manufacturing Letters 10 (2024), Art.Nr.: 100220
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Numerical Microstructure Prediction for Lattice Structures Manufactured by Electron Beam Powder Bed Fusion
In: Crystals 14 (2024), Art.Nr.: 149
ISSN: 2073-4352
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Comprehensive numerical investigation of laser powder bed fusion process conditions for bulk metallic glasses
In: Additive Manufacturing 81 (2024), Art.Nr.: 104026
ISSN: 2214-7810
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Accelerating Alloy Development for Additive Manufacturing
15th International Symposium on Superalloys, ISS 2024 (Pennsylvania, PA, 8. September 2024 - 12. September 2024)
In: Jonathan Cormier, Ian Edmonds, Stephane Forsik, Paraskevas Kontis, Corey O’Connell, Timothy Smith, Akane Suzuki, Sammy Tin, Jian Zhang (Hrsg.): Minerals, Metals and Materials Series 2024
DOI: 10.1007/978-3-031-63937-1_11 - :
Modeling and Simulation of Bulk Metallic Glass Crystallization During Laser Powder Bed Fusion (Dissertation, 2024)
DOI: 10.25593/open-fau-715 - :
Elektronenstrahlbasierte additive Fertigung von Titanaluminid-Bauteilen mit dualer Mikrostruktur (Dissertation, 2024) - :
Electron beam-based additive manufacturing of Fe-Si soft magnetic materials (Dissertation, 2024) - , , , , :
Correlation Between Structural Features and Magnetic Performance of Fe93.5Si6.5 (wt.%) Soft Magnetic Materials
In: Advanced Functional Materials (2023)
ISSN: 1616-301X
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Microstructure and mechanical properties of additively manufactured γ-TiAl with dual microstructure
In: Intermetallics 161 (2023), Art.Nr.: 107978
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Robust γ-TiAl Dual Microstructure Concept by Advanced Electron Beam Powder Bed Fusion Technology
In: Crystals 13 (2023), Art.Nr.: 1348
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A return time compensation scheme for complex geometries in electron beam powder bed fusion
In: Additive Manufacturing 76 (2023), S. 103767
ISSN: 2214-7810
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A Thermo-Mechanical Model for Hot Cracking Susceptibility in Electron Beam Powder Bed Fusion of Ni-Base Superalloys
In: Materials & Design 237 (2023), S. 112528
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MiniMelt: An instrument for real-time tracking of electron beam additive manufacturing using synchrotron x-ray techniques
In: Review of Scientific Instruments 94 (2023)
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Impact of the acceleration voltage on the processing of γ-TiAl via electron beam powder bed fusion
In: Progress in Additive Manufacturing (2023)
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Functional properties and shape memory effect of Nitinol manufactured via electron beam powder bed fusion
In: Materialia 30 (2023), Art.Nr.: 101823
ISSN: 2589-1529
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Electron-optical observation of smoke evolution during electron beam powder bed fusion
In: Additive Manufacturing 70 (2023), Art.Nr.: 103578
ISSN: 2214-7810
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Revealing bulk metallic glass crystallization kinetics during laser powder bed fusion by a combination of experimental and numerical methods
In: Journal of Non-Crystalline Solids 619 (2023), Art.Nr.: 122532
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A Ray Tracing Model for Electron Optical Imaging in Electron Beam Powder Bed Fusion
In: Journal of Manufacturing and Materials Processing 7 (2023), Art.Nr.: 87
ISSN: 2504-4494
DOI: 10.3390/jmmp7030087
Mittelgeber: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
Projektleitung: ,
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Dr.-Ing. Matthias Markl
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Ziel dieses Projekts ist es, die Möglichkeiten, die das selektive Elektronenstrahlschmelzen für die additive Herstellung von einkristallinen Superlegierungen eröffnet, zu eruieren. Insbesondere soll das Potenzial, das die prozessinhärente, rasche gerichtete Erstarrung hinsichtlich der Realisierung von ultra-feinen, homogenen Mikrostrukturen bietet, 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, dass ein einkristallines Gefüge entsteht.
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung: ,
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Zellulare Strukturen stellen aufgrund ihres sehr guten Wärmetransportverhaltens eine vielversprechende Alternative zu klassischen schüttungsgefüllten Festbettreaktoren dar. Eine wesentliche Herausforderung beim Einsatz von zellularen Strukturen als Katalysatorträger in Rohrreaktoren ist die häufig nicht ausreichende Wandanbindung und der damit verbundene schlechte Wärmeübergang zwischen der Struktur und der Wand. Insbesondere bei stark exo- oder endothermen Reaktionen führt dieser Wärmetransportwiderstand zu unerw…
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
Projektleitung: ,
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Dr.-Ing. Matthias Markl
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Ziel dieses Projekts ist es, basierend auf prädiktiven numerischen Simulationen die additive Herstellung von Bauteilen aus massiven metallischen Gläsern durch selektives Laserstrahlschmelzen zu ermöglichen. Es sollen geeignete Prozessstrategien erarbeitet werden, die den amorphen Materialzustand möglichst ohne Alterungseffekte sowohl im Volumen als auch für komplexe Geometrien gewährleisten. Dazu müssen mittels der numerischen Simulation neben der Berechnung des Temperaturfeldes und der Materialkonsolidierung während des Fertigungsprozesses auch Aussagen über das Erstarrungsverhalten, die Alterung und schließlich die Kristallisation möglich werden.
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
Projektleitung: ,
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Dr.-Ing. Matthias Markl
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Ziel dieses Teilprojekts ist es, die Entwicklung von Prozessstrategien für das selektive Elektronenstrahlschmelzen zu automatisieren. Dafür soll die innovative elektronenoptische Bildgebung in den Prozessablauf integriert werden, um durch eine in situ Qualitätskontrolle in Kombination mit den Erkenntnissen der ersten beiden Förderperioden den Prozessablauf zu regeln. Abschließend soll ein selbstlernendes System vorliegen, das selbst für neue Legierungen durch eine Prozessdatenbankoptimierung eine zuverlässige Herstellung beliebiger Bauteile ermöglicht.
Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt
Projektleitung: ,
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Die grundlegenden Mechanismen, die beim Pulverschmelzen und der Werkstoffverdichtung im selektiven Strahlschmelzprozess wesentlich sind, sind bisher wenig verstanden. Der Großteil der in der Literatur vorhandenen analytischen und numerischen Modelle beschreibt den Konsolidierungsprozess in einem homogenisierten Bild, d. h. einzelne Pulverpartikel werden nicht aufgelöst. Dieses Vorgehen gibt zwar Auskunft über Mittelwerte, kann aber den lokalen Einfluss des Pulvers nicht erfassen, wie z. B. die Pulvergrößenverteilung, den stochastischen Effekt der Pulverschüttung, die Benetzung des Pulvers durch die Schmelze und die Ausbildung des Schmelzbads. Der eigentliche selektive Schmelzprozess und die dabei wirkenden Mechanismen können nur mit Hilfe der numerischen Simulation auf mesoskopischer Skala, d. h. auf der Skala der Pulverpartikel, verstanden werden. Ziel dieses Projektes ist es, ein numerisches Werkzeug zur mesoskopischen Simulation des selektiven Strahlschmelzens zu schaffen und zur Entwicklung von innovativen Prozessstrategien zu nutzen. Die mesoskopische Skala gestattet die Vorhersage von Defekten, der Oberflächengüte und der Strukturgenauigkeit für verschiedene Werkstoffe als Funktion der Materialparameter (Pulverform, Schüttdichte, ...) und der Prozessparameter (Strahlform, Streckenenergie, Geschwindigkeit, ...).
In der ersten Phase wurde ein Programm zur 2D-Simulation des selektiven Elektronenstrahlschmelzens entwickelt und anhand experimenteller Ergebnisse validiert. Die Hauptaufgabe bestand in der Abbildung des gesamten Aufbauprozesses, da dieser von unterschiedlichen Zeitskalen (Vorheizen, Schmelzen, Auftrag der Pulverschicht) geprägt wird. Dabei wird, unter anderem, die komplexe Einkopplung des Strahles in das Pulver, Strahlungsverluste an der Oberfläche, Masse- und Energieverlust durch Verdampfung und die Deformation des Schmelzbads durch den Verdampfungsdruck berücksichtigt. Das Programm ist nun in der Lage, Aufbauprozesse unter Berücksichtigung unterschiedlicher Scanstrategien über viele Schichten zu simulieren. So konnten unterschiedliche Prozessstrategien, wie z. B. die Remelt-Strategie, die Refill-Strategie, untersucht werden. Die Verifikation der numerischen Resultate erfolgt in enger Zusammenarbeit mit TP B2.
In der zweiten Phase soll zum einen, um auch das Laserschmelzen von Polymeren simulieren zu können, das bisherige Modell auf Polymere übertragen und implementiert werden. Dazu muss die Absorption des Laserstrahls im teilweise transparenten stochastischen Pulverbett sowie das hochviskose, viskoelastische Materialverhalten beschrieben werden. Die Erarbeitung und Verifikation des Modells erfolgt in Zusammenarbeit mit Teilprojekt TP B3. In einem weiteren Schritt wird eine Methode zur 3D-Simulation der Kornstruktur beim selektiven Strahlschmelzen von Metallen implementiert, um die Textur der Werkstoffe als Funktion der Prozessstrategie vorhersagen zu können.
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
Projektleitung: ,
Die Vision des Teilprojekts ist die Herstellung großflächiger Bauteile aus schwer umzuformenden metallischen Halbzeugen mit additiv gefertigten Funktionselementen. Im Rahmen des Teilprojekts sollen die hohe Produktivität umformtechnischer Fertigungsprozesse und die große Flexibilität additiver Herstellungsverfahren kombiniert werden. Die notwendigen wissenschaftlichen Grundlagen einer geeigneten Prozesskette bestehend aus den Schritten Umformen, additive Fertigung, Kalibrieren sollen im Kollektiv des SFB erarbeitet werden.
Mittelgeber: andere Förderorganisation
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: andere Förderorganisation
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: Industrie
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung: ,
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Als Raney-Kupfer wird ein Katalysator bezeichnet der aus Kupferlegierungen hergestellt wird, die mindestens eine unedlere Spezies als Kupfer (z.B. Zink) enthalten. Nach einer schmelzmetallurgischen Herstellung mit hoher Abkühlgeschwindigkeit kann das unedlere Element durch einen Auslaugungsprozess entfernt werden. Zurück bleibt eine nanoporöse Kupferoberfläche.
Im Raney-Kupfer-Projekt soll eine solche katalytisch aktivierbare Kupferbasislegierung im Prozess des selektiven Elektronenstrahlschmelzens (SEBM) verarbeitet werden. Das Ziel ist es dabei die hohen realisierbaren Abkühlgeschwindigkeiten und die geometrische Freiheit des SEBM-Prozesses dazu zu verwenden periodische zellulare Katalysatorstrukturen zu fertigen. Diese Strukturen werden dann mittels einer nasschemischen Laugung in eine nanoporöse, katalytisch aktive Oberfläche überführt und für die Methanol-Synthese eingesetzt. Im Gegensatz zu den bisher gefertigten zellularen metallischen Trägerstrukturen bedarf es im Fall der Raney-Kupfer-Strukturen keiner zusätzlichen Tauchbeschichtung mit aktiven Spezies wie z.B. Palladium.
Mittelgeber: andere Förderorganisation
Projektleitung: ,
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Ziel dieses Projektes ist es, die Einschränkungen der bisherigen Elektronenstrahlkanone und eingeschränkten Prozesskontrolle zu überwinden, um damit einen großen Entwicklungsschritt in dieser Technologie zu vollziehen. Dazu ist geplant, die Elektronenstrahlkanone einer bei WTM vorhandenen Arcam S12 (diese wird geopfert) durch eine erheblich leistungsfähigere Elektronenstrahlkanone zu ersetzen. Auf dem Markt sind Kanonen mit sehr viel höherer Leistung bei gleichbleibend guter Strahlqualität vorhanden, deren Strahlkalibrierung automatisch erfolgt und welche mit einem Rückstreuelektronendetektor ausgestattet sind, mit dem im Prozess nach dem Prinzip des Rasterelektronenmikroskops Bilder aufgenommen werden können.
Die gesamte Steuerung der Anlage musste hardwareseitig neu aufgebaut werden. Die so entstandene Anlage ist nun mit einer 6 kW Kanone mit Rückstreuelektronendetektor zur Prozessbeobachtung und einer automatischer Strahlkalibrierung ausgerüstet.
Mittelgeber: Siemens AG
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: DFG / Exzellenzcluster (EXC)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Metamaterialien sind künstlich hergestellte Strukturen, deren Eigenschaften von denen in der Natur üblichen abweichen. Durch eine maßgeschneiderte Architektur von zellularen Metallen werden mittels SEBM Metamaterialien hergestellt. Dabei werden zum einen auxetische Werkstoffe erforscht, die sich durch eine negative Querkontraktionszahl auszeichnen. Zum anderen werden basierend auf grundlegenden Mechanismen, die numerisch identifiziert werden, Zellstrukturen entworfen und realisiert, die komplette ph…
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Die additive Fertigung von Bauteilen gehört zu den Schlüsseltechnologien der Zukunft. Das selektive, pulverbasierte Elektronenstrahlschmelzen (SEBM) eröffnet die Möglichkeit, Hochleistungswerkstoffe mit sehr hohen Schmelztemperaturen zu komplexen Bauteilen zu verarbeiten. Allerdings ist der hochdynamische, sehr komplexe additive Aufbauprozess, bei dem Materialfehler, Veränderungen der Legierungszusammensetzung und auch Prozessinstabilitäten auftreten, kaum verstanden. Ziel dieses Projektes ist es, die grundlegenden Mechanismen beim SEBM zu verstehen, vorherzusagen und damit die resultierende Materialqualität gezielt beeinflussen zu können. Um dieses Ziel zu erreichen, soll das SEBM auf mesoskopischer Ebene, d.h. auf der Größenskala der Pulverpartikel, mit Hilfe einer Lattice Boltzmann Methode unter Berücksichtigung von Verdampfungsphänomenen numerisch simuliert werden. Die Materialverdampfung führt zu einem Masseverlust, beeinflusst die Schmelzbaddynamik und verändert die Legierungszusammensetzung. Die mesoskopische Skala macht Phänomene, die auf der komplexen Wechselwirkung zwischen Strahl, Pulver und Schmelze beruhen, zugänglich. Die numerischen Resultate sollen durch begleitende experimentelle Untersuchungen an einer Beispiellegierung verifiziert werden.
Mittelgeber: DFG / Exzellenzcluster (EXC)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Eine zielgerichtete Materialentwicklung kann nur auf einem tiefgreifenden Verständnis der prozessinhärenten Vorgänge und Mechanismen beruhen. Ziel ist es, den Prozess der Additiven Fertigung und die dabei ablaufende Materialkonsolidierung unter realistischen Bedingungen, d.h. unter in situ Bedingungen, zu beobachten. Dazu gehören insbesondere die Nukleation und das Wachstum von Ausscheidungen. Die Beobachtung dieser Phänomene stellt aufgrund ihrer hohen zeitlichen Dynamik eine große Herausforderung dar. Es sollen neue experimentelle Umgebungen genutzt werden, die die Beobachtung der Entstehung der Mikrostruktur eines Werkstoffes unter Bedingungen, wie sie bei der additiven Fertigung vorliegen, erlauben. Zugang zu dieser Beschleuniger basierten experimentellen Umgebung erlaubt der Kompetenzanker DESY-FAU-HZG, ein Verbund von FAU mit den Helmholtz-Zentren DESY und HZG.
Mittelgeber: EU - 7. RP / Cooperation / Verbundprojekt (CP)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
The overarching goal of AMAZE is to rapidly produce large defect-free additively-manufactured (AM) metallic components up to 2 metres in size, ideally with close to zero waste, for use in the following high-tech sectors namely: aeronautics, space, automotive, nuclear fusion and tooling.
Four pilot-scale industrial AM factories will be established and enhanced, thereby giving EU manufacturers and end-users a world-dominant position with respect to AM production of high-value metallic parts, by 2016. A further aim is to achieve 50% cost reduction for finished parts, compared to traditional processing.
The project will design, demonstrate and deliver a modular streamlined work-flow at factory level, offering maximum processing flexibility during AM, a major reduction in non-added-value delays, as well as a 50% reduction in shop-floor space compared with conventional factories.
AMAZE will dramatically increase the commercial use of adaptronics, in-situ sensing, process feedback, novel post-processing and clean-rooms in AM, so that (i) overall quality levels are improved, (ii) dimensional accuracy is increased by 25% (iii) build rates are increased by a factor of 10, and (iv) industrial scrap rates are slashed to <5%. Scientifically, the critical links between alloy composition, powder/wire production, additive processing, microstructural evolution, defect formation and the final properties of metallic AM parts will be examined and understood. This knowledge will be used to validate multi-level process models that can predict AM processes, part quality and performance. In order to turn additive manufacturing into a mainstream industrial process, a sharp focus will also be drawn on pre-normative work, standardisation and certification, in collaboration with ISO, ASTM and ECSS. The team comprises 31 partners: 21 from industry, 8 from academia and 2 from intergovernmental agencies. This represent the largest and most ambitious team ever assembled on this topic.
Mittelgeber: EU - 7. RP / Capacities / Forschung für spezielle Gruppen (insbesondere KMU) (SME)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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Electron beam melting additive manufacturing is used to produce successive layers of a part in a powder bed and offers the ability to produce components closest to their final dimensions, with good surface finish. At this time the process is faster than any other technique of comparable quality, however the parts are not produced at sufficient rate to make them economically viable for any but very high value specific applications. One key output of the project will be the knowledge surrounding the use of the high powder electron beam gun, including the process control, and modeled and validated understanding of beam-powder bed interaction. The target objectives is the transfer of the 2D model to a 3D model and its parallel implementation. The outcome of the simulation will be compared with real experimental data and therefore the model parameters are adjusted in such a way that the resulting numerical melt pool sizes correspond to the experimental ones.
Mittelgeber: Sonstige EU-Programme (z. B. RFCS, DG Health, IMI, Artemis)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung:
Titanaluminde haben durch das Ersetzen deutlich schwererer Nickelbasislegierungen großes Potential für Kraftstoffeinsparungen in zukünftige Generationen von Flugzeug- und Kraftwerksturbinen. Die Verarbeitung dieser Materialien gestaltet sich allerdings äußerst schwierig, da die Materialeigenschaften stark von der Mikrostruktur und chemischen Homogenität des Endproduktes abhängen. Im vorliegenden Vorhaben soll ein Rapid Manufacturing Prozess, das selektive Elektronenstrahlschmelzen, zur Verarbeitung der Titanaluminde verwendet werden. Durch den schichtweisen Aufbau können in diesem Verfahren beliebig komplexe Geometrien aufgebaut werden, wobei zu jedem Zeitpunkt nur eine sehr kleine Menge an Material im schmelzflüssigen Zustand ist. Die kleinen Aufschmelzvolumina führen zu hohen, von der Bauteilgeometrie unabhängigen, Abkühlraten, welche zu feinen Gefügen und einer hohen chemischen Homogenität führen, beides Voraussetzungen für gute mechanische Eigenschaften. Der Fokus unserer Arbeit liegt darin, ein grundlegendes Verständnis für die Korrelation zwischen Prozessparametern, Mikrostrukturen und Eigenschaften zu erarbeiten. Ziel ist es, die Mikrostruktur der Bauteile durch die Variation der Prozessparameter zu steuern, um damit Mikrostrukturen und Eigenschaften zu erzeugen, die anders nicht realisierbar sind.
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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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/).
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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Es wird das Potenzial des SEBM für die Verarbeitung von technischen Legierungen auf Basis von FeAl, Ni und Cu sowie von metallischen Gläsern eruiert.
Bei den Eisenaluminiden steht dabei vor allen Dingen der Einfluss von Zusatzelementen, wie z.B. Bor und Titan, auf die Verarbeitbarkeit, die Mikrostruktur und die resultierenden Eigenschaften im Vordergrund.
Bei den Kupferwerkstoffen liegt der Schwerpunkt auf Reinkupfer und den Einfluss von Minorelementen wie Sauerstoff oder Phosphor auf die resultierenden Eigenschaften, insbesondere die erreichbare Wärmeleitfähigkeit.
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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Um die Einschränkungen der Elektronenstrahlkanonen kommerziell erhältlicher Anlagen und die damit beschränkte Prozesskontrolle zu überwinden, wurde die Elektronenstrahlkanone einer bei WTM vorhandenen Arcam S12 durch eine erheblich leistungsfähigere Elektronenstrahlkanone zu ersetzt und die gesamte Steuerung der Anlage hardwareseitig neu aufgebaut. Die so entstandene Anlage ist nun mit einer 6 kW Kanone bestückt sowie mit einem Rückstreuelektronendetektor zur Prozessbeobachtung und einer automatischer Strahlkalibrierung.
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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Es werden die materialwissenschaftlichen und reaktionstechnischen Grundlagen zur simultanen Erzeugung von Trägermaterial und katalytischer Funktion strukturierter Reaktoren aus Raney-Cu mittels SEBM erforscht. Der aktive Katalysator soll dabei aus der SEBM-gefertigten Struktur durch Auslaugung erzeugt werden, so dass geometrische Restriktionen der aufwändigen Beschichtungsverfahren zur katalytischen Funktionalisierung wegfallen. Durch die direkte Erzeugung des katalytisch aktiven Materials auf der sehr gut wärmeleitenden Trägerstruktur soll sowohl die katalytische Beladung des Reaktors maximiert als auch der thermische Haushalt des Reaktors optimiert werden. Anhand einer Beispielreaktion, der Methanolsynthese, soll das Potenzial strukturierter Reaktoren aus katalytisch aktivem Material demonstriert werden.
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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Kombinatorische Methoden sind in der Materialforschung Hochleistungsmethoden für die Erstellung großer sogenannter Materialbibliotheken mit z.B. kontinuierlichen Zusammensetzungsvariationen, die systematisch hinsichtlich verschiedener Eigenschaften untersucht werden können. Hierzu befindet sich der Lehrstuhl WTM aktuell im Aufbau einer Anlage der Firma InssTek zum direkten Laserauftragsschweißen aus vier Pulverbehältern in Inertgasatmosphäre. Neben Materialbibliotheken werden sich auch Multi-Material-Bauteile und gradierte Bauteile realisieren lassen.
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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Eine zielgerichtete Materialentwicklung kann nur auf einem tiefgreifenden Verständnis der prozessinhärenten Vorgänge und Mechanismen beruhen. Ziel ist es, den Prozess der Additiven Fertigung und die dabei ablaufende Materialkonsolidierung unter realistischen Bedingungen, d.h. unter in situ Bedingungen, zu beobachten. Dazu gehören insbesondere die Nukleation und das Wachstum von Ausscheidungen. Die Beobachtung dieser Phänomene stellt aufgrund ihrer hohen zeitlichen Dynamik eine große Herausforderung dar. Es sollen neue experimentelle Umgebungen genutzt werden, die die Beobachtung der Entstehung der Mikrostruktur eines Werkstoffes unter Bedingungen, wie sie bei der additiven Fertigung vorliegen, erlauben. Zugang zu dieser Beschleuniger basierten experimentellen Umgebung erlaubt der Kompetenzanker DESY-FAU-HZG, ein Verbund von FAU mit den Helmholtz-Zentren DESY und HZG.
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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Es wird das Potential schwierig zu verarbeitender Legierungssysteme für die Prozessierung mittels SEBM eruiert. Dazu gehören z.B. eigentlich nicht schweißbare Nickelbasislegierungen oder spezielle Kupferlegierungen. Es bestehen aber auch Erfahrungen in der Verarbeitung von Titanlegierungen, insbesondere für medizinische Anwendungen, Titanaluminiden und Stählen.
Mittelgeber: Industrie
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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Mittelgeber: DFG - Sonderforschungsbereiche
Projektleitung: ,
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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Ziel dieses Teilprojekts ist es, aufbauend auf den bisherigen Erkenntnissen der Teilprojekte B4 und C5 den Einfluss der Bauteilränder auf die resultierende Material/Bauteil-Mesostruktur für pulver- und strahlbasierte additive Fertigungsverfahren von Metallen zu berücksichtigen und die daraus folgenden meso- und makroskopischen mechanischen Eigenschaften modellbasiert zu bestimmen. Das mechanische Verhalten dieser Mesostrukturen und der Einfluss deren unvermeidbarer fertigungsbasierter geometrischer Unsicherheiten soll insbesondere für zellulare Gitterstrukturen numerisch modelliert, verifiziert, quantifiziert und validiert werden.