Kalibrierung eines mesoskopischen Simulationstools für PBF-EB durch Elektronen Optischer Evaluierung (T09#)

• Subject Area: Fügetechnik und Trenntechnik
• Term: since 2023
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 61375930

Selektives Elektronenstrahlschmelzen ist ein additiver Fertigungsprozess der für High-Tech Anwendungen in der Luft-und Raumfahrtindustrie oder der Medizintechnik genutzt wird. Digitale Prozessentwicklung basierend auf mesoskopischen Simulationstools ist der Schlüssel, um klassische Prozessentwicklung für komplexe Bauteile oder neue Materialien zu beschleunigen. Da die Temperaturabhängigkeit von wichtigen physikalischen Variablen wie Energieabsorptionskoeffizient, Oberflächenspannung, oder Viskosität jedoch unbekannt ist, müssen Simulationstools kalibriert und validiert werden. Klassischerweise geschieht dies durch metallographische Analyse einfacher Testproben, was jedoch nur begrenzte, uneindeutige Aussagen zulässt. Aus diesem Grund sind in-situ Beobachtungen des hochdynamischen Schmelzprozesses nötig, um die dynamischen Effekte zu erfassen welche auf den unbekannten Variablen beruhen. Das Ziel dieses Transferprojektes ist es die Elektronen Optische Beobachtung (ELO) für die Entwicklung einer verlässlichen Kalibrierung eines umfangreichen mesoskopischen Simulationstools des Industriepartners Arcam AB zu benutzen. Zu diesem Zweck wird die Einsatzmöglichkeit von Multi-Detektor ELO Systemen um das dynamische Schmelzbadregime erweitert. Bisher wurden Multi-Detektor ELO Systeme nur für die schichtweise in-situ Vermessung der 3D Topografie erstarrter Schmelzflächen genutzt. Nun wird die Möglichkeit den Elektronenstrahl mit sehr hohen Geschwindigkeiten zu bewegen ausgenutzt, um die 3D Topografie des noch flüssigen Schmelzbades zu beobachten. Eine Serie von Experimenten erlaubt die Beobachtung verschiedener dynamischer Schmelzbadregime, welche auf unterschiedlichen dynamischen Effekten beruhen. Dadurch kann das mesoskopische Simulationstool mit detaillierten und zeitabhängigen Informationen kalibriert werden. Letztendlich wird eine Methodik entwickelt, die es erlaubt mesoskopische Simulationstools schnell und verlässlich für neue Materialien zu kalibrieren und zu validieren.

• DFG Programme: Sonderforschungsbereiche (Transfer Project)
• Subproject of: SFB 814: Additive Fertigung
• International Connection: Schweden
• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Unternehmen: Arcam AB
• Teilprojektleiterin: Professorin Dr.-Ing. Carolin Körner