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Additive Fertigung

Forschungsbereich Additive Fertigung

   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.

Team

Mitarbeiterbild Zongwen Fu
Zongwen Fu, Dr.-Ing.
Mitarbeiterfoto Christopher Arnold
Christopher Arnold, M.Sc
Mitarbeiterfoto Johannes Bäreis
Johannes Bäreis, M.Sc.
Mitarbeiterbild Christoph Breuning
Christoph Breuning, M.Sc.
Mitarbeiterfoto Alexander Fink
Alexander Fink, M.Sc.
Mitarbeiterfoto Abdullah Jamjoom
Abdullah Jamjoom M.Sc.
Mitarbeiterfoto Jing Yang
Jing Yang, M.Sc.
Mitarbeiterfoto Jakob Renner
Jakob Renner, M.Sc.
Mitarbeiterfoto Sebastian Wachter
Sebastian Wachter, M.Sc.
Mitarbeiterfoto Jonas Böhm
Jonas Böhm, M.Sc.
Mitarbeiterfoto Timo Berger
Timo Berger, M.Sc.
Mitarbeiterfoto Katharina Titz
Katharina Titz, M.Sc.
Mitarbeiterfoto Yannic Westrich
Yannic Westrich, M.Sc.
Mitarbeiterfoto Jihui Ye
Jihui Ye, M.Sc.
Mitarbeiterfoto Yong Chen
Yong Chen, M.Sc.
Mitarbeiterbild Raja Abdul Basler
Raja Abdul Baseer, M.Sc.

Arbeitsgebiete

Entwicklung von Prozessstrategien

Erweiterung des Potentials von SEBM durch verbesserte Elektronenstrahltechnologie

Legierungsentwicklung für die additive Fertigung

Selektives Elektronenstrahlschmelzen von speziellen Legierungen

Zellulare mechanische Metamaterialien

Publikationen zu diesem Forschungsbereich

Beiträge in Fachzeitschriften

  • Renner J., Breuning C., Markl M., Körner C.:
    Surface topographies from electron optical images in electron beam powder bed fusion for process monitoring and control
    In: Additive Manufacturing 60 (2022), Art.Nr.: 103172
    ISSN: 2214-7810
    DOI: 10.1016/j.addma.2022.103172
  • Yang Z., Markl M., Körner C.:
    Predictive simulation of bulk metallic glass crystallization during laser powder bed fusion
    In: Additive Manufacturing 59 (2022), Art.Nr.: 103121
    ISSN: 2214-7810
    DOI: 10.1016/j.addma.2022.103121
  • 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
  • Reith M., Breuning C., Franke M., Körner C.:
    Impact of the Power-Dependent Beam Diameter during Electron Beam Additive Manufacturing: A Case Study with γ-TiAl
    In: Applied Sciences 12 (2022), Art.Nr.: 11300
    ISSN: 2076-3417
    DOI: 10.3390/app122111300
  • Arnold C., Körner C.:
    Electron-optical in-situ metrology for electron beam powder bed fusion: calibration and validation
    In: Measurement Science & Technology 33 (2022), Art.Nr.: 014001
    ISSN: 0957-0233
    DOI: 10.1088/1361-6501/ac2d5c
  • Poller MJ., Renz C., Wolf T., Körner C., Wasserscheid P., Albert J.:
    3D-Printed Raney-Cu POCS as Promising New Catalysts for Methanol Synthesis
    In: Catalysts 12 (2022)
    ISSN: 2073-4344
    DOI: 10.3390/catal12101288
  • Fiegl T., Franke M., Körner C.:
    Correlation of powder degradation, energy absorption and gas pore formation in laser-based powder bed fusion process of AlSi10Mg0.4
    In: Additive Manufacturing 56 (2022)
    ISSN: 2214-7810
    DOI: 10.1016/j.addma.2022.102917
  • 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
  • Breuning C., Pistor J., Markl M., Körner C.:
    Basic Mechanism of Surface Topography Evolution in Electron Beam Based Additive Manufacturing
    In: Materials 15 (2022), Art.Nr.: 4754
    ISSN: 1996-1944
    DOI: 10.3390/ma15144754
  • Ioannidou C., König HH., Semjatov N., Ackelid U., Staron P., Körner C., Hedström P., Lindwall G.:
    In-situ synchrotron X-ray analysis of metal Additive Manufacturing: Current state, opportunities and challenges
    In: Materials and Design 219 (2022), Art.Nr.: 110790
    ISSN: 0261-3069
    DOI: 10.1016/j.matdes.2022.110790
  • 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
  • Krohmer E., Schmeiser F., Wahlmann B., Rosigkeit J., Graf G., Spoerk-Erdely P., Clemens H., Staron P., Körner C., Reimers W., Uhlmann E.:
    Revealing dynamic processes in laser powder bed fusion with in situ X-ray diffraction at PETRA III
    In: Review of Scientific Instruments 93 (2022)
    ISSN: 0034-6748
    DOI: 10.1063/5.0077105
  • Kotzem D., Teschke M., Jüchter V., Körner C., Walther F.:
    Microstructure analysis and mechanical properties of electron beam powder bed fusion (PBF-EB)-manufactured gamma-titanium aluminide (TiAl) at elevated temperatures
    In: MP Materials Testing 64 (2022), S. 636-646
    ISSN: 0025-5300
    DOI: 10.1515/mt-2021-2137
  • Vaghela R., Arkudas A., Gage D., Körner C., Von Hoersten S., Salehi S., Horch RE., Hessenauer M.:
    Microvascular development in the rat arteriovenous loop model in vivo-A step by step intravital microscopy analysis
    In: Journal of Biomedical Materials Research Part A (2022)
    ISSN: 1549-3296
    DOI: 10.1002/jbm.a.37395
  • Yang Z., Wang H., Krauß S., Huber F., Merle B., Schmidt M., Markl M., Körner C.:
    Evolution of an industrial-grade Zr-based bulk metallic glass during multiple laser beam melting
    In: Journal of Non-Crystalline Solids 589 (2022), Art.Nr.: 121649
    ISSN: 0022-3093
    DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2022.121649
  • Hofer A., Wachter S., Döhler D., Laube A., Sánchez Batalla B., Fu Z., Weidlich C., Struckmann T., Körner C., Bachmann J.:
    Practically applicable water oxidation electrodes from 3D-printed Ti6Al4V scaffolds with surface nanostructuration and iridium catalyst coating
    In: Electrochimica Acta 417 (2022), S. 140308
    ISSN: 0013-4686
    DOI: 10.1016/j.electacta.2022.140308
  • Yang J., Fu Z., Ye J., Kübrich D., Körner C.:
    Electron beam-based additive manufacturing of Fe93.5Si6.5 (wt.%) soft magnetic material with controllable magnetic performance
    In: Scripta Materialia 210 (2022), Art.Nr.: 114460
    ISSN: 1359-6462
    DOI: 10.1016/j.scriptamat.2021.114460
  • Steiner D., Reinhardt L., Fischer L., Popp V., Körner C., Geppert C., Bäuerle T., Horch RE., Arkudas A.:
    Impact of Endothelial Progenitor Cells in the Vascularization of Osteogenic Scaffolds
    In: Cells 11 (2022), Art.Nr.: 926
    ISSN: 2073-4409
    DOI: 10.3390/cells11060926
  • 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
  • Galgon F., Melzer D., Zenk C., Dzugan J., Körner C.:
    Miniature mechanical testing of LMD-fabricated compositionally & microstructurally graded γ titanium aluminides
    In: Journal of Materials Research (2022)
    ISSN: 0884-2914
    DOI: 10.1557/s43578-022-00801-0
  • Bäreis J., Semjatov N., Renner J., Ye J., Fu Z., Körner C.:
    Electron-optical in-situ crack monitoring during electron beam powder bed fusion of the Ni-Base superalloy CMSX-4
    In: Progress in Additive Manufacturing (2022)
    ISSN: 2363-9512
    DOI: 10.1007/s40964-022-00357-9
  • Luo N., Galgon F., Krauß S., Morales LA., Merle B., Zenk C., Körner C.:
    Microstructural evolution and mechanical properties in Zr–Cu–Al–Nb bulk metallic glass composites prepared by laser metal deposition
    In: Intermetallics 140 (2022), Art.Nr.: 107393
    ISSN: 0966-9795
    DOI: 10.1016/j.intermet.2021.107393
  • 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
  • Wimler D., Käsznar K., Musi M., Breuning C., Markl M., Keckes J., Clemens H., Körner C., Mayer S.:
    How electron beam melting tailors the Al-sensitive microstructure and mechanical response of a novel process-adapted γ-TiAl based alloy
    In: Materials & Design 212 (2021), Art.Nr.: 110187
    ISSN: 0264-1275
    DOI: 10.1016/j.matdes.2021.110187
  • Fiegl T., Franke M., Raza A., Hryha E., Körner C.:
    Effect of AlSi10Mg0.4 long-term reused powder in PBF-LB/M on the mechanical properties
    In: Materials & Design 212 (2021), Art.Nr.: 110176
    ISSN: 0264-1275
    DOI: 10.1016/j.matdes.2021.110176
  • Kengelbach-Weigand A., Thielen C., Bäuerle T., Götzl R., Gerber T., Körner C., Beier J., Horch RE., Boos A.:
    Personalized medicine for reconstruction of critical-size bone defects – a translational approach with customizable vascularized bone tissue
    In: npj Regenerative Medicine 6 (2021), Art.Nr.: 49
    ISSN: 2057-3995
    DOI: 10.1038/s41536-021-00158-8
  • Leijon F., Wachter S., Fu Z., Körner C., Skjervold S., Moverare J.:
    A novel rapid alloy development method towards powder bed additive manufacturing, demonstrated for binary Al-Ti, -Zr and -Nb alloys
    In: Materials & Design 211 (2021)
    ISSN: 0264-1275
    DOI: 10.1016/j.matdes.2021.110129
  • Rottensteiner-Brandl U., Bertram U., Lingens L., Köhn K., Distel L., Fey T., Körner C., Horch RE., Arkudas A.:
    Free Transplantation of a Tissue Engineered Bone Graft into an Irradiated, Critical-Size Femoral Defect in Rats
    In: Cells 10 (2021)
    ISSN: 2073-4409
    DOI: 10.3390/cells10092256
  • Breuning C., Arnold C., Markl M., Körner C.:
    A multivariate meltpool stability criterion for fabrication of complex geometries in electron beam powder bed fusion
    In: Additive Manufacturing 45 (2021), Art.Nr.: 102051
    ISSN: 2214-7810
    DOI: 10.1016/j.addma.2021.102051
  • Sommerschuh M., Wirth J., Englisch S., Przybilla T., Apeleo Zubiri B., Pistor J., Merle B., Körner C., Göken M., Spiecker E.:
    A scale-bridging study of the influence of TCP phases on the mechanical properties of an additive manufactured Ni-base superalloy combining microcompression testing, X-ray nanotomography and TEM
    In: Microscopy and Microanalysis 27 (2021), S. 938-942
    ISSN: 1431-9276
    DOI: 10.1017/S1431927621003603
  • 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
  • Hessenauer M., Vaghela R., Körner C., Von Horsten S., Pobel C., Gage D., Muller C., Salehi S., Horch RE., Arkudas A.:
    Watching the Vessels Grow: Establishment of Intravital Microscopy in the Arteriovenous Loop Rat Model
    In: Tissue Engineering - Part C: Methods 27 (2021), S. 357-365
    ISSN: 1937-3384
    DOI: 10.1089/ten.tec.2021.0024
  • Kergaßner A., Köpf J., Markl M., Körner C., Mergheim J., Steinmann P.:
    A Novel Approach to Predict the Process-Induced Mechanical Behavior of Additively Manufactured Materials
    In: Journal of Materials Engineering and Performance (2021)
    ISSN: 1059-9495
    DOI: 10.1007/s11665-021-05725-0
  • Raza A., Fiegl T., Hanif I., Markström A., Franke M., Körner C., Hryha E.:
    Degradation of AlSi10Mg powder during laser based powder bed fusion processing
    In: Materials and Design 198 (2021), Art.Nr.: 109358
    ISSN: 0261-3069
    DOI: 10.1016/j.matdes.2020.109358
  • Küng V., Scherr R., Markl M., Körner C.:
    Multi-material model for the simulation of powder bed fusion additive manufacturing
    In: Computational Materials Science 194 (2021)
    ISSN: 0927-0256
    DOI: 10.1016/j.commatsci.2021.110415
  • Wahlmann B., Körner C., Nunn M.:
    Electron Beam Wire Cladding of Nickel Alloys and Stainless Steel on a Reactor Pressure Vessel Steel
    In: Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing (2021)
    ISSN: 0921-5093
    DOI: 10.1016/j.msea.2021.141082
  • Yang Z., Bauereiß A., Markl M., Körner C.:
    Modeling laser beam absorption of metal alloys at high temperatures for selective laser melting
    In: Advanced Engineering Materials 23 (2021), Art.Nr.: 2100137
    ISSN: 1438-1656
    DOI: 10.1002/adem.202100137
  • Arnold C., Breuning C., Körner C.:
    Electron-Optical In Situ Imaging for the Assessment of Accuracy in Electron Beam Powder Bed Fusion
    In: Materials 14 (2021), Art.Nr.: 7240
    ISSN: 1996-1944
    DOI: 10.3390/ma14237240
  • Förner A., Vollhüter J., Hausmann D., Arnold C., Felfer P., Neumeier S., Göken M.:
    Nanostructuring of Nb-Si-Cr Alloys by Electron Beam Melting to Improve the Mechanical Properties and the Oxidation Behavior
    In: Metallurgical and Materials Transactions A-Physical Metallurgy and Materials Science (2021)
    ISSN: 1073-5623
    DOI: 10.1007/s11661-021-06516-x
  • Wahlmann B., Leidel D., Markl M., Körner C.:
    Numerical Alloy Development for Additive Manufacturing towards Reduced Cracking Susceptibility
    In: Crystals 11 (2021)
    ISSN: 2073-4352
    DOI: 10.3390/cryst11080902
  • Arnold C., Körner C.:
    In-situ electron optical measurement of thermal expansion in electron beam powder bed fusion
    In: Additive Manufacturing 46 (2021)
    ISSN: 2214-7810
    DOI: 10.1016/j.addma.2021.102213
  • Wahlmann B., Krohmer E., Breuning C., Schell N., Staron P., Uhlmann E., Körner C.:
    In‐situ Observation of γ' Phase Transformation Dynamics during Selective Laser Melting of CMSX‐4
    In: Advanced Engineering Materials (2021)
    ISSN: 1438-1656
    DOI: 10.1002/adem.202100112
  • Wormser M., Kiefer DA., Rupitsch S., Körner C.:
    Comparison of Transmission Measurement Methods of Elastic Waves in Phononic Band Gap Materials
    In: Materials (2021)
    ISSN: 1996-1944
    DOI: 10.3390/ma14051133
  • 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
  • Reith M., Franke M., Schloffer M., Körner C.:
    Processing 4th generation titanium aluminides via electron beam based additive manufacturing – characterization of microstructure and mechanical properties
    In: Materialia 14 (2020), Art.Nr.: 100902
    ISSN: 2589-1529
    DOI: 10.1016/j.mtla.2020.100902
  • Rausch A., Gotterbarm M., Pistor J., Markl M., Körner C.:
    New grain formation by constitutional undercooling due to remelting of segregated microstructures during powder bed fusion
    In: Materials 13 (2020), S. 1-14
    ISSN: 1996-1944
    DOI: 10.3390/ma13235517
  • Förner A., Giese S., Arnold C., Felfer P., Körner C., Neumeier S., Göken M.:
    Nanoscaled eutectic NiAl-(Cr,Mo) composites with exceptional mechanical properties processed by electron beam melting
    In: Scientific Reports 10 (2020), Art.Nr.: 15153
    ISSN: 2045-2322
    DOI: 10.1038/s41598-020-72093-5
  • Bieske J., Franke M., Schloffer M., Körner C.:
    Microstructure and properties of TiAl processed via an electron beam powder bed fusion capsule technology
    In: Intermetallics 126 (2020), Art.Nr.: 106929
    ISSN: 0966-9795
    DOI: 10.1016/j.intermet.2020.106929
  • Winkler S., Mutschall H., Biggemann J., Fey T., Greil P., Körner C., Weisbach VG., Meyer-Lindenberg A., Arkudas A., Horch RE., Steiner D.:
    Human Umbilical Vein Endothelial Cell Support Bone Formation of Adipose-Derived Stem Cell-Loaded and 3D-Printed Osteogenic Matrices in the Arteriovenous Loop Model
    In: Tissue Engineering - Part A (2020)
    ISSN: 1937-335X
    DOI: 10.1089/ten.tea.2020.0087
  • 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
  • Adler L., Fu Z., Körner C.:
    Electron beam based additive manufacturing of Fe3Al based iron aluminides – Processing window, microstructure and properties
    In: Materials Science and Engineering A-Structural Materials Properties Microstructure and Processing 785 (2020), Art.Nr.: 139369
    ISSN: 0921-5093
    DOI: 10.1016/j.msea.2020.139369
  • Luo N., Scheitler CJ., Ciftci N., Galgon F., Fu Z., Uhlenwinkel V., Schmidt M., Körner C.:
    Preparation of Fe-Co-B-Si-Nb bulk metallic glasses by laser powder bed fusion: Microstructure and properties
    In: Materials Characterization 162 (2020), Art.Nr.: 110206
    ISSN: 1044-5803
    DOI: 10.1016/j.matchar.2020.110206
  • Guschlbauer R., Burkhardt AK., Fu Z., Körner C.:
    Effect of the oxygen content of pure copper powder on selective electron beam melting
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    In: Acta Materialia 76 (2014), S. 252-258
    ISSN: 1359-6454
    DOI: 10.1016/j.actamat.2014.05.037
  • Klassen A., Bauereiß A., Körner C.:
    Modelling of electron beam absorption in complex geometries
    In: Journal of Physics D-Applied Physics 47 (2014), Art.Nr.: 065307
    ISSN: 0022-3727
    DOI: 10.1088/0022-3727/47/6/065307
  • 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
  • Liebold Ribeiro Y., Körner C.:
    Phononic band gaps in periodic cellular materials
    In: Advanced Engineering Materials 16 (2014), S. 328-334
    ISSN: 1438-1656
    DOI: 10.1002/adem.201300064
  • 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
  • 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
  • Hrabe NW., Heinl P., Bordia RK., Körner C., Fernandes RJ.:
    Maintenance of a bone collagen phenotype by osteoblast-like cells in 3D periodic porous titanium (Ti-6Al-4 V) structures fabricated by selective electron beam melting
    In: Connective Tissue Research 54 (2013), S. 351-360
    ISSN: 0300-8207
    DOI: 10.3109/03008207.2013.822864
  • 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
  • Wieding J., Fritsche A., Heinl P., Körner C., Matthias C., Seitz H., Mittelmeier W., Bader R.:
    Biomechanical behavior of bone scaffolds made of additive manufactured tricalciumphosphate and titanium alloy under different loading conditions
    In: Journal of Applied Biomaterials and Fundamental Materials 11 (2013), S. 159-166
    ISSN: 2280-8000
    DOI: 10.5301/JABFM.2013.10832
  • Markl M., Ammer R., Ljungblad U., Rüde U., Körner C.:
    Electron beam absorption algorithms for electron beam melting processes simulated by a three-dimensional thermal free surface lattice Boltzmann method in a distributed and parallel environment
    In: Procedia Computer Science 18 (2013), S. 2127-2136
    ISSN: 1877-0509
    DOI: 10.1016/j.procs.2013.05.383
    URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877050913005267
  • Schwerdtfeger J., Schury F., Stingl M., Wein F., Singer R., Körner C.:
    Mechanical characterisation of a periodic auxetic structure produced by SEBM
    In: physica status solidi (b) 249 (2012), S. 1347-1352
    ISSN: 0370-1972
    DOI: 10.1002/pssb.201084211
  • Knorr T., Heinl P., Schwerdtfeger J., Körner C., Singer R., Etzold B.:
    Process specific catalyst supports-Selective electron beam melted cellular metal structures coated with microporous carbon
    In: Chemical Engineering Journal (2012), S. 725-733
    ISSN: 1385-8947
    DOI: 10.1016/j.cej.2011.10.009
  • 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
  • Arkudas A., Galyna P., Beier J., Weigel L., Körner C., Singer R., Bleiziffer O., Polykandriotis E., Horch RE., Kneser U.:
    Combination of extrinsic and intrinsic pathways significantly accelerates axial vascularization of bioartificial tissues
    In: Plastic and Reconstructive Surgery 129 (2012), S. 55e-65e
    ISSN: 0032-1052
    DOI: 10.1097/PRS.0b013e3182361f97
  • Inayat A., Schwerdtfeger J., Freund H., Körner C., Singer R., Schwieger W., Freund H.:
    Periodic open-cell foams: Pressure drop measurements and modeling of an ideal tetrakaidecahedra packing
    In: Chemical Engineering Science 66 (2011), S. 2758-2763
    ISSN: 0009-2509
    DOI: 10.1016/j.ces.2011.03.031
  • Schwerdtfeger J., Wein F., Leugering G., Singer R., Körner C., Stingl M., Schury F.:
    Design of Auxetic Structures via Mathematical Optimization
    In: Advanced Materials 23 (2011), S. 2650--2654
    ISSN: 0935-9648
    DOI: 10.1002/adma.201004090
  • 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
  • Körner C., Attar E., Heinl P.:
    Mesoscopic simulation of selective beam melting processes
    In: Journal of Materials Processing Technology 211 (2011), S. 978-987
    ISSN: 0924-0136
    DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2010.12.016
  • Mitschke H., Schwerdtfeger J., Schury F., Stingl M., Körner C., Singer R., Robins V., Mecke K., Schröder-Turk G.:
    Erratum: Finding auxetic frameworks in periodic tessellations
    In: Advanced Materials 23 (2011), S. 2669-2674
    ISSN: 0935-9648
    DOI: 10.1002/adma.201190118
  • Schwerdtfeger J., Heinl P., Singer R., Körner C.:
    Auxetic cellular structures through selective electron-beam melting
    In: physica status solidi (b) 247 (2010), S. 269-272
    ISSN: 0370-1972
    DOI: 10.1002/pssb.200945513
  • 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., 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
  • Ponader S., Vairaktaris E., Heinl P., von Wilmowsky C., Rottmair A., Körner C., Singer R., Holst S., Schlegel K., Neukam FW., Nkenke E.:
    Effects of topographical surface modifications of electron beam melted Ti-6Al-4V titanium on human fetal osteoblasts
    In: Journal of Biomedical Materials Research Part A 84 (2008), S. 1111-1119
    ISSN: 1549-3296
    DOI: 10.1002/jbm.a.31540
  • Heinl P., Körner C., Singer R.:
    Selective electron beam melting of cellular titanium: Mechanical properties
    In: Advanced Engineering Materials 10 (2008), S. 882-888
    ISSN: 1438-1656
    DOI: 10.1002/adem.200800137
  • 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

Beiträge in Sammelwerken

  • Wormser M., Adler L., Körner C.:
    Mechanische zellulare Metamaterialien aus Metall durch Selektives Elektronenstrahlschmelzen
    In: DGM (Hrsg.): Materialwissenschaft und Werkstofftechnik:
    Zellulare Werkstoffe · Zellulare Materialien
    , 2018, S. 16-24 (Dialog, Bd.2/2018)

Beiträge bei Tagungen

  • Roux LL., Liu C., Ji Z., Kerfriden P., Gage D., Feyer F., Körner C., Bigot S.:
    Automatised quality assessment in additive layer manufacturing using layer-by-layer surface measurements and deep learning
    14th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering, CIRP ICME 2020 (Naples, ITA, 15. Juli 2020 - 17. Juli 2020)
    In: Roberto Teti, Doriana M. D'Addona (Hrsg.): Procedia CIRP 2021
    DOI: 10.1016/j.procir.2021.03.050
  • Lomakin K., Guschlbauer R., Osmanlic F., Fu Z., Sippel M., Helmreich K., Körner C., Vossiek M., Gold G.:
    3D Printed Copper Waveguides by Selective Electron Beam Melting Process for E-Band
    EuMW 2019 (Paris)
    DOI: 10.23919/EuMC.2019.8910893
  • Heßelmann C., Wolf T., Körner C., Albert J., Wasserscheid P.:
    Additive manufacturing meets reaction engineering - Novel Raney® copper catalyst structures for methanol synthesis
    2019 DGMK International Conference on Circular Economy - A Fresh View on Petrochemistry (Dresden, DEU, 9. Oktober 2019 - 11. Oktober 2019)
    In: H. Blanke, H. Hager, A. Jess, J. A. Lercher, M. Marchionna, D. Vogt, M. Bender (Hrsg.): DGMK Tagungsbericht 2019
  • Köpf J., Rasch M., Meyer A., Markl M., Schmidt M., Körner C.:
    3D grain growth simulation and experimental verification in laser beam melting of IN718
    10th CIRP Conference on Photonic Technologies (LANE 2018) (Fürth, 4. September 2018 - 6. September 2018)
    In: Procedia CIRP 74 (2018) 2018
    Open Access: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212827118308187/pdf?md5=ea85f15a94f75d82fce787e5b0a20225πd=1-s2.0-S2212827118308187-main.pdf
    URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212827118308187/pdf?md5=ea85f15a94f75d82fce787e5b0a20225πd=1-s2.0-S2212827118308187-main.pdf
  • 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
  • Markl M., Rausch A., Forster V., Pobel C., Körner C.:
    Predictive numerical simulations of processing windows for powder bed based additive manufacturing
    2017 Simulation for Additive Manufacturing, Sinam 2017 (Munich, 11. Oktober 2017 - 13. Oktober 2017)
    In: Simulation for Additive Manufacturing 2017, Sinam 2017 2017
  • Köpf J., Markl M., Körner C.:
    3D multilayer grain structure simulation for beam-based additive manufacturing
    2017 Simulation for Additive Manufacturing, Sinam 2017 (Munich, DEU, 11. Oktober 2017 - 13. Oktober 2017)
    In: Simulation for Additive Manufacturing 2017, Sinam 2017 2017
  • Köpf J., Rai A., Markl M., Körner C.:
    3D Grain Structure Simulation for Beam-Based Additive Manufacturing
    6th International Conference on Additive Technologies iCAT (Nürnberg, 29. November 2017 - 30. November 2016)
    In: Proceedings of the 6th International Conference on Additive Technologies iCAT 2016 2016
  • Jüchter V., Körner C.:
    Creep properties of Ti-48Al-2Cr-2Nb produced by selective electron beam melting
    3rd Conference on Powder Processing Consolidation and Metallurgy of Titanium, 2015 (Lüneburg, 31. August 2015 - 3. September 2015)
    DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.704.190
  • 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
  • Markl M., Bauereiß A., Rai A., Körner C.:
    Numerical Investigations of Selective Electron Beam Melting on the Powder Scale
    Fraunhofer Direct Digital Manufacturing Conference 2016 (Berlin, 16. März 2016 - 17. März 2016)
    In: Proceedings of the Fraunhofer Direct Digital Manufacturing Conference 2016 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
  • 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
  • Schaub A., Merklein M., Jüchter V., Singer R., Körner C.:
    Funktionsintegration durch die Kombination additiver Fertigungsprozesse mit der Blechumformung
    2. Industriekolloquium des Sonderforschungsbereichs 814 - Additive Fertigung
    In: Drummer, D. (Hrsg.): 2. Industriekolloquium des Sonderforschungsbereichs 814 - Additive Fertigung 2013
  • 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
  • Schwerdtfeger J., Heinl P., Singer R., Körner C.:
    Selective Electron Beam Melting: A new way to auxetic cellular structures
    20th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, SFF 2009 (Austin, TX)
    URL: https://www.scopus.com/inward/record.uri?partnerID=HzOxMe3b&scp=84892631091&origin=inward
  • Körner C., Schwerdtfeger J., Singer R.:
    Auxetic Cellular Metals
    MetFoam 2009 - 6th International Conference on Porous Metals and Metallic foams (Bratislava, 2. September 2009 - 4. September 2009)
    In: MetFoam 2009 - Proceedings of the 6th International Conference on Porous Metals and Metallic Foams 2009
  • 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., Körner C., Singer R.:
    Mechanically Adapted Cellular Titanium for Bone Substitution
    International Symposium on Cellular Metals for Structural and Functional Applications 2008 (Dresden)

Abschlussarbeiten

  • Guschlbauer R.:
    Grundlagen des selektiven Elektronenstrahlschmelzens von Reinkupfer (Dissertation, 2022)
  • Luo N.:
    Laser-based additive manufacturing of bulk metallic glass-forming alloys: Processing, microstructure and properties (Dissertation, 2022)
  • Arnold C.:
    Grundlagenuntersuchung zur elektronen-optischen Prozessbeobachtung beim Pulverbettschmelzen mit dem Elektronenstrahl (Dissertation, 2022)
  • Pistor J.:
    Grundlegende Mechanismen bei der additiven Fertigung von technischen Einkristallen (Dissertation, 2022)
  • Gotterbarm M.:
    Kornstrukturmodifikation beim Selektiven Elektronenstrahlschmelzen der Nickelbasis-Superlegierung IN718 (Dissertation, 2022)
  • Adler L.:
    Grundlagen des Elektronenstrahlschmelzens von Fe3Al basierten Eisenaluminiden (Dissertation, 2021)
  • Warmuth F.:
    Zellulare mechanische Metamaterialien: Design, Herstellung und Charakterisierung (Dissertation, 2021)
  • Osmanlic F.:
    Modeling of Selective Laser Sintering of Viscoelastic Polymers (Dissertation, 2019)
  • Ramsperger M.:
    Selektives Elektronenstrahlschmelzen der einkristallinen Ni-Basis Superlegierung CMSX-4 (Dissertation, 2018)
  • Jüchter V.:
    Grundlagen des Selektiven Elektronenstrahlschmelzens von Titanaluminiden (Dissertation, 2018)
  • Klassen A.:
    Simulation von Verdampfungsphänomenen beim selektiven Elektronenstrahlshmelzen (Dissertation, 2017)
  • Helmer H.:
    Additive Fertigung durch Selektives Elektronenstrahlschmelzen der Nickelbasis Superlegierung IN718: Prozessfenster, Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften (Dissertation, 2016)
  • Scharowsky T.:
    Grundlagenuntersuchungen zum selektiven Elektronenstrahlschmelzen von TiAl6V4 (Dissertation, 2016)

Projekte zu diesem Forschungsbereich

Track-AM: Echtzeituntersuchung des Elektronenstrahlschmelzens von Metallen

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SFB/TRR 103 (B02): Additive Fertigung einkristalliner Superlegierungen

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.

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Intelligentes Katalysatorträgerkonzept mit additiv gefertigten Strukturen aus einer Formgedächtnislegierung zur Optimierung des Wandwärmeübergangs in Rohrreaktoren

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…

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SAPHIR: Simulationsmethoden zum additiven Prozessieren von Hochtemperaturlegierungen – Mikrostruktur, In-service-Eigenschaften und Reparatur

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SFB 814 (T2): Numerische Modellierung von lokalen Materialeigenschaften und daraus abgeleiteten Prozessstrategien für die pulverbettbasierte additive Fertigung massiver metallischer Gläser (T2)

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.

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SFB 814 (B2): Prozessstrategien für das selektive Elektronenstrahlschmelzen (B2)

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.

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Tubulyze: Auslegungsgrundlagen einer tubulären, mittels additiver Methoden und Extrusion gefertigten Elektrolysezelle:
Additive Fertigung positiver Elektrodengerüste, Oberflächenpräparation und Katalysatorbeschichtung

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MANUELA: Additive Manufacturing using Metal Pilot Line

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Modellierung und Simulation der Multi-Material-Verarbeitung metallischer Werkstoffe bei der strahlbasierten additiven Fertigung im Pulverbett

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SFB 814 (B04): Mesoskopische Simulation des selektiven Strahlschmelzens (B4)

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.

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SFB 814 (B5): Additive und umformtechnische Fertigung hybrider Bauteile mit lokal angepassten Eigenschaften (B5)

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.

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Advanced in-process monitoring and self-optimisation of Electron Beam additive manufacturing process

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Entwicklung einer Nah-Infrarot (NIR) Heizvorrichtung zur Verringerung der Schichtbauzeiten im Electron Beam Melting Verfahren (EBM)

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Elektronenoptische Bildgebung per in-situ Bauteilvermessung bei der pulverbettbasierten additiven Fertigung mit dem Elektronenstrahl

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SEBM processing of NiAlCrMo near eutectic alloy

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SEBM process development for UN3S for the fabrication of inlet guide vane (IGV) blades

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Selektives Elektronenstrahlschmelzen von katalytisch aktiven Materialien auf Kupfer-Basis

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.

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Erweiterung des Potenzials des selektiven Elektronenstrahlschmelzens durch eine verbesserte Elektronenstrahltechnologie

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.

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Untersuchungsprogramm der Metalllegierung STAL15SX

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EXC15 EAM (E2): Cellular Metals, Auxetic Metals by Selective Electron Beam Melting

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…

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Verdampfungsphänomene beim selektiven Elektronenstrahlschmelzen und deren Einfluss auf die Materialkonsolidierung

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.

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EXC15 EAM: jLAMS

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.

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AMAZE: Additive Manufacturing Aiming Towards Zero Waste & Efficient Production of High-Tech Metal Products

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.

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FastEBM: High Productivity Electron Beam Melting Additive Manufacturing Development for the Part Production Systems Market

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.

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SIMCHAIN: Development of physically based simulation chain for microstructure evolution and resulting mechanical properties focused on additive manufacturing processes

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Enhacement of the SEBM-process of pure copper in order to fabricate fine knob structures with high surface quality true to size

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Verarbeitung und Einstellung der Mikrostruktur von y-TiAl durch Selektives Elektronenstrahlschmelzen

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.

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Arbeitsgebiet 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/).

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Arbeitsgebiet Entwicklung von SEBM Legierungen

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.

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Arbeitsgebiet Erweiterung des Potenzials von SEBM durch verbesserte Elektronenstrahltechnologie

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.

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Arbeitsgebiet Strukturierte Reaktoren aus katalytisch aktiven Materialien

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.

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Arbeitsgebiet Kombinatorische Legierungsentwicklung

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.

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Arbeitsgebiet Röntgen- und Neutronenmethoden zur Werkstoffanalytik von AM-Legierungen

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.

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Arbeitsgebiet SEBM von speziellen Legierungen

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.

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Development of bridge plugs in the framework of sealing of deep investigation boreholes in the context of a Geologica Disposal Facility

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SFB 814 (C5): Mesoskopische Modellierung und Simulation der Eigenschaften additiv gefertigter metallischer Bauteile

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.

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