Die Arbeitsgruppe Numerische Simulation widmet sich der grundlagenorientierten und zugleich anwendungsnahen Erforschung additiver Fertigungsprozesse, mit einem klaren Schwerpunkt auf dem selektiven Elektronenstrahlschmelzen (electron beam powder bed fusion, PBF-EB). Die Arbeiten der Gruppe leisten einen international sichtbaren Beitrag zur Weiterentwicklung dieser Technologie und positionieren sich im Umfeld der weltweit führenden Forschungsaktivitäten auf diesem Gebiet. Im Fokus steht die Entwicklung physikalisch fundierter Simulationsansätze, die ein tiefgehendes Verständnis der hochdynamischen Vorgänge während des Fertigungsprozesses ermöglichen und neue Wege zur gezielten Prozess- und Werkstoffgestaltung eröffnen.
Rein experimentelle Ansätze stoßen in der additiven Fertigung früh an fundamentale Grenzen: Zentrale Prozessgrößen wie lokale Temperaturfelder, zeitlich hochaufgelöste thermische Zyklen oder Erstarrungsbedingungen sind nur eingeschränkt zugänglich oder gar nicht direkt messbar. Gleichzeitig ist der experimentelle Aufwand für systematische Parameterstudien hoch. Vor diesem Hintergrund bildet die numerische Simulation das zentrale Erkenntnisinstrument der Arbeitsgruppe, um die relevanten Prozessmechanismen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu erfassen.
Die Gruppe entwickelt und erweitert eigene Simulationsmodelle und methodische Werkzeuge, die über bestehende Standardansätze hinausgehen und aktiv zur Weiterentwicklung der Simulationstechnologie im Bereich der additiven Fertigung beitragen. Diese Modelle ermöglichen die quantitative Vorhersage von thermischen Feldern, Prozessdynamiken und mikrostrukturellen Entwicklungen in Abhängigkeit von Strahlführung, Scanstrategie, Bauteilgeometrie und Materialeigenschaften. Dadurch werden komplexe Wechselwirkungen im PBF-EB-Prozess erstmals systematisch zugänglich gemacht und neue Prozessstrategien virtuell entworfen und bewertet.
Ein zentraler Anspruch der Forschung ist die enge Kopplung von Simulation und Experiment. Experimentelle Beobachtungen dienen der Validierung und Parametrisierung der Modelle, während simulationsbasierte Erkenntnisse gezielt neue experimentelle Fragestellungen, Messkonzepte und Prozessvarianten definieren. Diese wechselseitige Verzahnung erlaubt es, experimentelle Arbeiten hochgradig zielgerichtet einzusetzen und den Erkenntnisgewinn deutlich zu beschleunigen.
Darüber hinaus bildet die numerische Simulation einen wesentlichen Brückenschlag zur Legierungsentwicklung. Die detaillierte Analyse von Temperatur-Zeit-Verläufen, Abkühlraten und thermischen Zyklen liefert entscheidende Informationen über Erstarrungsbedingungen und mikrostrukturelle Evolution. Auf dieser Basis werden Legierungen gezielt an die spezifischen Randbedingungen additiver Fertigungsprozesse angepasst und neue werkstoffspezifische Prozessfenster erschlossen. Damit trägt die Arbeitsgruppe nicht nur zur Prozess-, sondern auch zur werkstoffseitigen Weiterentwicklung additiver Fertigungstechnologien bei.
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High-throughput numerical exploration of preheating and sintering in electron beam powder bed fusion
In: Thermal Science and Engineering Progress 69 (2026), Art.Nr.: 104405
ISSN: 2451-9057
DOI: 10.1016/j.tsep.2025.104405 - , , , :
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
DOI: 10.1016/j.addma.2025.104874 - , , , , , :
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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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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Spot Melting Strategy for Contour Melting in Electron Beam Powder Bed Fusion
In: Journal of Manufacturing and Materials Processing 9 (2025), S. 303
ISSN: 2504-4494 - , , , :
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 - , , , , :
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)
ISBN: 9783031783494
DOI: 10.1007/978-3-031-78350-0_1 - , , :
In situ build surface topography determination in electron beam powder bed fusion
In: Progress in Additive Manufacturing (2024)
ISSN: 2363-9512
DOI: 10.1007/s40964-024-00621-0 - , , , , , :
In-situ electron beam characterization for electron beam powder bed fusion
In: Additive Manufacturing 96 (2024), Art.Nr.: 104567
ISSN: 2214-7810
DOI: 10.1016/j.addma.2024.104567 - , , :
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
DOI: 10.1007/s40964-024-00841-4 - , , :
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 - , , :
Multiple interaction electron beam powder bed fusion for controlling melt pool dynamics and improving surface quality
In: Additive Manufacturing 90 (2024), Art.Nr.: 104316
ISSN: 2214-7810
DOI: 10.1016/j.addma.2024.104316 - , , :
Graph-based spot melting sequence for electron beam powder bed fusion
In: Additive Manufacturing 91 (2024), Art.Nr.: 104321
ISSN: 2214-7810
DOI: 10.1016/j.addma.2024.104321 - , , , :
Effect of scanning strategies on grain structure and texture of additively manufactured lattice struts: A numerical exploration
In: Advanced Engineering Materials (2024)
ISSN: 1438-1656
DOI: 10.1002/adem.202400661 - , , :
Progress in electron beam additive manufacturing
In: Progress in Additive Manufacturing (2024)
ISSN: 2363-9512
DOI: 10.1007/s40964-024-00679-w - , , , , , , , :
Experimental Validation of Property Models and Databases for Computational Superalloy Design
In: Advanced Engineering Materials (2024)
ISSN: 1438-1656
DOI: 10.1002/adem.202401051 - , , , :
Numerical Microstructure Prediction for Lattice Structures Manufactured by Electron Beam Powder Bed Fusion
In: Crystals 14 (2024), Art.Nr.: 149
ISSN: 2073-4352
DOI: 10.3390/cryst14020149 - , , :
A thermo-mechanical model for hot cracking susceptibility in electron beam powder bed fusion of Ni-base superalloys
In: Materials & Design 237 (2024), Art.Nr.: 112528
ISSN: 0264-1275
DOI: 10.1016/j.matdes.2023.112528 - , , :
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
DOI: 10.1016/j.addma.2024.104026 - , , , , :
Extracting powder bed features via electron optical images during electron beam powder bed fusion
In: Additive Manufacturing Letters 10 (2024), Art.Nr.: 100220
ISSN: 2772-3690
DOI: 10.1016/j.addlet.2024.100220 - , , , , , , :
Design and Characterization of a Novel NiAl–(Cr,Mo) Eutectic Alloy
In: Advanced Engineering Materials (2024)
ISSN: 1438-1656
DOI: 10.1002/adem.202302079 - , , , :
A CALPHAD-Informed Enthalpy Method for Multicomponent Alloy Systems with Phase Transitions
In: Modelling 5 (2024), S. 367-391
ISSN: 2673-3951
DOI: 10.3390/modelling5010020 - , , , :
A new approach of preheating and powder sintering in electron beam powder bed fusion
In: International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2024)
ISSN: 0268-3768
DOI: 10.1007/s00170-024-13966-1 - , , , , , , :
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 - :
Numerische Entwicklung von Superlegierungen für den Guss und die Additive Fertigung (Dissertation, 2024) - :
Modeling and Simulation of Bulk Metallic Glass Crystallization During Laser Powder Bed Fusion (Dissertation, 2024)
DOI: 10.25593/open-fau-715 - , , , , , , , , , :
Evaluation of Additively-Manufactured Internal Geometrical Features Using X-ray-Computed Tomography
In: Journal of Manufacturing and Materials Processing (2023)
ISSN: 2504-4494
DOI: 10.3390/jmmp7030095 - , , , , , , , , , , :
Geometrical Influence on Material Properties for Ti6Al4V Parts in Powder Bed Fusion
In: Journal of Manufacturing and Materials Processing 7 (2023), S. 82
ISSN: 2504-4494
DOI: 10.3390/jmmp7030082 - , , :
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
ISSN: 0264-1275
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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
DOI: 10.1016/j.addma.2023.103767 - , , , :
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 - , , :
Volume of fluid based modeling of thermocapillary flow applied to a free surface lattice Boltzmann method
In: Journal of Computational Physics 492 (2023), Art.Nr.: 112441
ISSN: 0021-9991
DOI: 10.1016/j.jcp.2023.112441 - , , , , :
Alternative Approach to Modeling of Nucleation and Remelting in Powder Bed Fusion Additive Manufacturing
In: Advanced Engineering Materials (2023)
ISSN: 1438-1656
DOI: 10.1002/adem.202201682 - , , , , , , , , , , :
Additive manufacturing of cellular structures: Multiscale simulation and optimization
In: Journal of Manufacturing Processes 95 (2023), S. 275-290
ISSN: 1526-6125
DOI: 10.1016/j.jmapro.2023.03.071 - , , , , :
Phase-Field Study of the History-Effect of Remelted Microstructures on Nucleation During Additive Manufacturing of Ni-Based Superalloys
In: Metallurgical and Materials Transactions A-Physical Metallurgy and Materials Science (2023)
ISSN: 1073-5623
DOI: 10.1007/s11661-023-07004-0 - , , , , , , :
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
ISSN: 0022-3093
DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2023.122532 - , , , :
High-Throughput Numerical Investigation of Process Parameter-Melt Pool Relationships in Electron Beam Powder Bed Fusion
In: Modelling 4 (2023), S. 336-350
ISSN: 2673-3951
DOI: 10.3390/modelling4030019 - , , , , :
SAMPLE3D: A versatile numerical tool for investigating texture and grain structure of materials processed by PBF processes
IVth International Conference on Simulation for Additive Manufacturing (Sim-AM 2023) (München, 26. Juli 2023 - 28. Juli 2023)
DOI: 10.23967/c.simam.2023.006 - , , :
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 - , , , , , , , :
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 - , , , :
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 - , , , , , , , , , :
Numerical Design of CoNi-Base Superalloys With Improved Casting Structure
In: Metallurgical and Materials Transactions A-Physical Metallurgy and Materials Science (2022)
ISSN: 1073-5623
DOI: 10.1007/s11661-022-06870-4 - , , , :
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 - , , , , :
New grain formation mechanisms during powder bed fusion
In: Materials 14 (2021), Art.Nr.: 3324
ISSN: 1996-1944
DOI: 10.3390/ma14123324 - , , , :
Numerical Alloy Development for Additive Manufacturing towards Reduced Cracking Susceptibility
In: Crystals 11 (2021)
ISSN: 2073-4352
DOI: 10.3390/cryst11080902 - , , , , , , , , :
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 - , , , :
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 - , , , :
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 - , , , , , :
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 - , , , , :
A versatile cryo-transfer system, connecting cryogenic focused ion beam sample preparation to atom probe microscopy
In: PLoS ONE 16 (2021), Art.Nr.: e0245555
ISSN: 1932-6203
DOI: 10.1371/journal.pone.0245555
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
Projektleitung:
Dr.-Ing. Matthias Markl
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
A new numerical tool will be explored that supports the experimental alloy developer in defining new compositions with potential for high strength. Starting with a composition space that is defined by the developer based on his metallurgical experience and his design goals, the numerical tool will propose the most promising compositions. The research program will on the one hand address open questions regarding the mathematical optimization in this application and on the other hand new models for predicting the relevant material properties.
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 - Sonderforschungsbereiche
Projektleitung: ,
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
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.
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-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung:
Dr.-Ing. Matthias Markl
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Die strahlbasierte additive Fertigung (AF) von Metallen im Pulverbett bietet nicht nur die Möglichkeit, komplexe, individualisierte Bauteile aus Hochleistungswerkstoffen herzustellen, sondern eröffnet darüber hinaus auch das Potenzial, die lokalen Materialeigenschaften durch geschickte Prozessführung einzustellen. Durch Variation der Erstarrungsbedingungen ist es möglich, die Größenskala der Mikrostruktur zu verändern. Darüber hinaus deuten aktuelle Forschungsergebnisse darauf hin, dass auch die Textur des Bauteils durch die Prozessführung einstellbar ist. Dadurch eröffnen sich ganz neue Perspektiven hinsichtlich der Optimierung von Leichtbauteilen, da nicht nur die Topologie, sondern auch die Textur des Materials lokal den Lasten angepasst werden könnte. Um diese Texturausbildung zu verstehen und gezielt zu beeinflussen, muss der hochdynamische Nichtgleichgewichts-Erstarrungsprozess (Kornwachstum, Kornselektion und Keimbildung) grundlegend verstanden werden. Experimentelle Untersuchungen zeigen, dass vor allen Dingen die Mechanismen der Keimbildung für die extremen Bedingungen der AF unzureichend geklärt sind und mit klassischen Modellen nicht abgebildet werden können.Ziel dieses Antrages ist es, die Mechanismen der Mikrostrukturausbildung, insbesondere der Keimbildung unter den speziellen Erstarrungsbedingungen, zu identifizieren, grundlegend zu verstehen und physikalisch zu modellieren. Dieses Modell soll in eine bereits bestehende, an unserem Lehrstuhl entwickelte Software integriert werden. Die Erstellung und Verifikation des Modells erfolgt experimentell, anhand von additiv gefertigten IN718 Proben. Am Projektende soll ein Modell vorliegen, welches die numerische Vorhersage der Erstarrungsstruktur, Kornstruktur und Texturentwicklung bei der strahlbasierten AF im Pulverbett erlaubt.Das Projekt erweitert die von uns entwickelte Software zur Simulation der Konsolidierung bei strahlbasierter AF im Pulverbett. Die Software beinhaltet eine Lattice Boltzmann Methode zur Abbildung der Hydro- und Thermodynamik während des Schmelzens und Erstarrens. An diese Methode ist ein zellularer Automat gekoppelt, der die Ausbildung der Kornstruktur während des Erstarrens modelliert, ohne bisherige Berücksichtigung der Keimbildung. Der hier von uns verfolgte neue theoretische Ansatz besteht darin, neben dem Temperaturgradienten und der Erstarrungsgeschwindigkeit an der Erstarrungsfront, erstmals auch Information über das in der vorhergehenden Schicht erzeugte Gefüge (Orientierung, Abstand der Zellen/Dendriten, Segregationen) und die lokale Zusammensetzung der Schmelze direkt an der Grenzfläche zur neu entstehenden Schicht zu berücksichtigen. Es soll untersucht werden, wie Richtungswechsel der Erstarrungsfront in Kombination mit vorliegenden Segregationen im rasch erschmolzenen Material (Gedächtnis der Schmelze) durch lokale Unterkühlung Keimbildung induzieren können. Diese Erkenntnisse werden dann mathematisch im Modell für die Keimbildung umgesetzt.
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: 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)
Kontakt
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)
Kontakt
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
Kontakt
Geschäumte Materialien stellen aufgrund ihrer zellularen Struktur eine interessante Materialklasse mit attraktiven Eigenschaften dar. Unabhängig vom Material ist die Schaumbildung im Allgemeinen wenig verstanden und die Schaumherstellung basiert im Wesentlichen auf dem Trial-and-Error-Prinzip. Die numerische Simulation eröffnet hier neue Wege, grundlegende Phänomene bei der Schaumbildung zu er-forschen und die daraus abgeleiteten Erkenntnisse praktisch umzusetzen. Basis für das beantragte Projekt ist eine von uns in den vergangenen Jahren entwickelte Software auf Grundlage der Lattice Boltzmann (LB) Methode zur Simulation von Schaumbildungsvorgängen von flüssigen Metallen. Ziel dieses Projektes ist es, die vorhandene Methodik und Software weiterzuentwickeln, um erstmals auch die grundlegenden Phänomene bei der Schaumbildung von viskoelastischen Materialien numerisch zugänglich zu machen. Dazu ist eine Weiterentwicklung der LB Methodik für viskoelastische Fluide unter Berücksichtigung freier Oberflächen notwendig. Anhand geeigneter numerischer Experimente soll schließlich die Rolle der Viskoelastizität bei der Herstellung von geschäumten Materialien erforscht werden.
Projektleitung: ,
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)
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Die erfolgreiche Herstellung neuer Materialien setzt in den meisten Fällen die Beherrschung sehr komplexer technologischer Prozesse voraus. Ein besonders hilfreiches Mittel bildet hierbei die numerische Simulation. Sie dient sowohl zum Studium der Prozesskontrolle als auch zur Erhöhung des Prozessverständnisses. Dabei gewinnt in den letzten Jahren die Methode der Zellularen Automaten (ZA) zunehmend an Bedeutung. Zellulare Automaten stellen eine ideale Methode dar, um physikalische Phänomene zu …
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Carolin Körner
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)