Investigation of thermodynamic and hydrodynamic processes governing laser sintering of metal powders

• Applicant: Professorin Dr. Tatiana Gambaryan-Roisman
• Subject Area: Technical Thermodynamics
• Term: from 2012 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 222171465

Die Technologie des Selektiven Lasersinterns(SLS) wird für die Fertigung von Werkstücken aus z.B. Metall unter Verwendung eines fokussierten Laserstrahls mittels lokalen Aufschmelzens und anschließendem Erstarrens von Pulver eingesetzt. Dieser Vorgang wird dabei schichtweise durchgeführt. Hierdurch können direkt aus CAD-Daten komplexe Geometrien gefertigt werden. Der SLS-Prozess ist aufgrund der hochkomplexen Vorgänge (Absorption der Laserenergie durch das Metallpulver, Wärmetransport innerhalb des Pulverbettes, Schmelzen, Schmelzströmung,Erstarrung und Strömung in der Gasphase) noch nicht ausreichend erforscht. Das vorgeschlagene Projekt hat die Untersuchung der thermodynamischen und hydrodynamischen Prozesse, die SLS von Metallpulvern steuern und beeinflussen, zum Ziel. Der Kern des numerischen Berechnungsmodells besteht aus der CFD-Simulation des Wärmetransports, des Phasenwechsels und der Hydrodynamik im Pulverbett während des Sinterns. Die Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und Werkstoffpulver wird in einem separaten Berechnungsmodell behandelt. Die Einflüsse der Pulvermaterial und Pulverkorngröße innerhalb des Pulverbettes, der Laserleistung, der Laserpulsfrequenz sowie der Belichtungsgeschwindigkeit auf die Eigenschaften des erstellten Bauteils werden quantifiziert. Parallel dazu wird der Einfluss der Belichtungsparameter auf die Bauteilqualität experimentell auf einem kommerziellen SLS-System analysiert. Die erzielten numerischen und experimentellen Ergebnisse werden zwecks Validierung miteinander verglichen.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Eberhard Abele