Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Simulation des Schmelzbads bei der additiven Fertigung von Metallteilen

Das hier beantragte Projekt hat zum Ziel, die Geometrie und Dynamik des Schmelzbades während des selektiven Laserschmelzens zu analysieren. Hierbei werden mehrere Legierungen aus verschiedenen Basislegierungssystemen betrachtet und das sich einstellende Schmelzbad in der numerischen Simulation und parallel dazu im Experiment untersucht. Aus der Betrachtung des Schmelzbades sollen die Einflüsse der legierungsabhängigen Materialparameter sowie der Prozessparameter abgeleitet werden. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der rechnergestützten Studie des Einflusses von relevanten Materialkennwerten wie Schmelztemperatur/Schmelzintervall, Reflektivität, Viskosität, Oberflächenspannung und Wärmeleitfähigkeit auf das Schmelzbad und das Erstarrungsverhalten. Die Verknüpfung der erzielbaren Bauteilqualität hinsichtlich Porosität und Oberflächenrauheit in der additiven Fertigung mit konkreten Werkstoffkennwerten soll in Zukunft einerseits erlauben, Parameterstudien zur Einstellung idealer Prozessfenster für individuelle Werkstoffe drastisch zu vereinfachen, andererseits die Legierungsentwicklung in großen Teilen an kleineren Proben bzw. in High-Throughput-Verfahren durchzuführen und die Anzahl der benötigten Legierungspulver und Parameterstudien drastisch zu reduzieren.

Der Nutzen für KMU liegt demnach in der Optimierung des additiven Prozesses bei der Fertigung durch den Einsatz effektiver Simulationsmethoden. Legierungen können anhand ihrer Eigenschaften und der Simulationsergebnisse gezielt für den additiven Prozess optimiert werden.