Computergestützte Untersuchung der Auswirkung von Prozessparametern auf die Kornstruktur und mechanischen Eigenschaften von additiv gefertigten Materialien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Vasily Ploshikhin
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388878396

Additive Fertigungsverfahren (AM), die es ermöglichen metallische Bauteil mit sehr komplexer Gestalt direkt aus einer CAD-Datei zu erstellen, erfreuen sich aktuell extremer Beliebtheit. Dabei zeichnen sich additive gefertigte Materialien durch eine komplexe inhomogene Mikrostruktur aus, die einen großen Einfluss auf die Materialeigenschaften hat. Aus diesem Zusammenhang lässt sich die Vorhersage von Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften von additiven gefertigten Material als bedeutender Forschungsschwerpunkt erkennen, um die Herausforderung der Herstellung von Tailored Kompenenten anzugehen. Darüber hinaus könnte diese eine wichtige Rolle in der Optimierung des AM-Prozesses spielen. Die Modellierung der Kornstrukturentwicklung während AM und Implementation der AM-Mikrostruktur in mechanische Simulationen wird eine wissenschaftliche Basis schaffen, um die Mikrostruktur und Eigenschaften der gefertigten Bauteile zu verbessen. Folglich ist das Ziel die Entwicklung eines zuverlässigen und effizienten computergestützten Modells zur Auswertung der Einflüsse der Prozessparameter auf die Kornstruktur und mechanischen Eigenschaften. Dazu werden computergestützte Ansätze entwickelt und angewandt, um die Bildung und Entwicklung der Kornstruktur während der AM von Aluminiumproben zu untersuchen (DFG), und anschließend Simulation des Verformungsverhaltens mit expliziter Berücksichtigung der Mikrostruktur durchgeührt (RFBR). Gegenstand der Untersuchungen ist dabei das Selektive-Laser-Schmelzen (SLM), bei dem sequentiell Pulverschichten auf ein polykristallines Substrat aufgetragen und anschließen umgeschmolzen werden. Die betrachtete Methode sorgt sowohl für die Mechanismen, die für die Entwicklung der Mikrostruktur verantwortlich sind, als auch für die thermische Prozessführung während der AM auf der mesoskopischen Skala (DFG). Mithilfe von der gekoppelten Zelluläre-Automaten und Finite-Differenzen Simulation werden die grundlegenden Mechanismen der Kornstrukturentwicklung in Alumimiumlegierungs-proben, die durch das SLM-Verfahren Hergestellt wurden (DFG), untersucht. Anschließend ist eine Reihe von mikrosturkturbasierten numerischen Berechnungen geplant, um die Spannungs- und Dehnungsmuster in additiv gefertigten Aluminiumproben unter Last auf verschiedenen Skalen zu untersuchen (RFBR).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Varvara Romanova, Ph.D.