Arbeitsgebiet SEBM 3D Simulation

Eigenmittelfinanziertes Projekt


Details zum Projekt

Projektleiter/in:
Prof. Dr.-Ing. Carolin Körner


Beteiligte FAU-Organisationseinheiten:
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)

Projektstart: 01.01.2000


Forschungsbereiche

Numerische Simulation
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle)


Abstract (fachliche Beschreibung):


Ein Großteil der auftretenden Effekte beim selektiven Elektronenstrahlschmelzen (SEBM) können mit einer 2D Simulation abgebildet werden. Für eine realistischere Modellierung der Schmelzpooldynamik und des Kornwachstums sind jedoch 3D Simulationen hilfreich. Deswegen wurden am Lehrstuhl WTM hierfür zwei unterschiedliche Programme entwickelt.



Die 3D Simulationssoftware SAMPLE3D der Hydrodynamik erfordert eine hochparallele Implementierung, die in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Systemsimulation entstanden ist. Hier kann die Schmelzpooldynamik und die Konsolidierung in voller räumlicher Dimension untersucht werden. Dadurch konnten Prozessfenster für dichte Bauteile für innovative Prozessstrategien vorhergesagt werden.



Für das Kornwachstum wird die separate Software SAMPLE3DGS entwickelt, die es ermöglicht, alle möglichen Orientierung der Körner während des Prozesses abzubilden. Es wird ein makroskopischer Ansatz gewählt, d.h. hier wird nicht mehr jedes einzelne Pulverpartikel aufgelöst, sondern ein Kontinuum betrachtet. Weiterhin wird hier ausschließlich die Thermodynamik berechnet. Hintergrund ist der hohe Rechenaufwand für Domänen in der Größenordnung realistischer Bauteile.


Publikationen
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Köpf, J., Rasch, M., Meyer, A., Markl, M., Schmidt, M., & Körner, C. (2018). 3D grain growth simulation and experimental verification in laser beam melting of IN718. In Procedia CIRP 74 (2018) (pp. 82–86). Fürth, DE.
Köpf, J., Gotterbarm, M., Markl, M., & Körner, C. (2018). 3D multi-layer grain structure simulation of powder bed fusion additive manufacturing. Acta Materialia, 152, 119-126. https://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2018.04.030
Hübner, D., Gotterbarm, M., Kergaßner, A., Köpf, J., Pobel, C., Markl, M.,... Stingl, M. (2018). Topology Optimization in Additive Manufacturing Considering the Grain Structure of Inconel 718 using Numerical Homogenization. In Proceedings of 7th International Conference on Additive Technologies (pp. 102-111). Maribor, SI.
Köpf, J., Rai, A., Markl, M., & Körner, C. (2016). 3D Grain Structure Simulation for Beam-Based Additive Manufacturing. In Proceedings of the 6th International Conference on Additive Technologies iCAT 2016 (pp. 215-221). Nürnberg, DE.
Markl, M., Bauereiß, A., Rai, A., & Körner, C. (2016). Numerical Investigations of Selective Electron Beam Melting on the Powder Scale. In Proceedings of the Fraunhofer Direct Digital Manufacturing Conference 2016. Berlin: Fraunhofer Verlag.
Markl, M., Ammer, R., Rüde, U., & Körner, C. (2015). Numerical investigations on hatching process strategies for powder-bed-based additive manufacturing using an electron beam. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 78(1-4), 239-247. https://dx.doi.org/10.1007/s00170-014-6594-9
Markl, M. (2015). Numerische Modellierung und Simulation des selektiven Elektronenstrahlschmelzens basierend auf einer gekoppelten Gitter Boltzmann und Diskrete Element Methode (Dissertation).
Bauer, M., Schornbaum, F., Godenschwager, C., Markl, M., Anderl, D., Köstler, H., & Rüde, U. (2014). A Python extension for the massively parallel framework waLBerla. In online (pp. 1-8). New Orleans, US.
Ammer, R., Ljungblad, U., Markl, M., Körner, C., & Rüde, U. (2014). Simulating fast electron beam melting with a parallel thermal free surface lattice Boltzmann method. Computers & Mathematics With Applications, 67(2), 318-330. https://dx.doi.org/10.1016/j.camwa.2013.10.001
Ammer, R., Markl, M., Jüchter, V., Körner, C., & Rüde, U. (2014). Validation Experiments for LBM Simulations of Electron Beam Melting. International Journal of Modern Physics C, 1-9. https://dx.doi.org/10.1142/S0129183114410095

Zuletzt aktualisiert 2018-10-12 um 09:39