Evaporation pheanomena during selective electron beam melting and theri influence on material properties

Third party funded individual grant


Start date : 01.10.2010

End date : 30.06.2017


Project details

Short description

Additive manufacturing of components is a key technology of the future. The powder bed based selective electron beam melting process allows to produce complex components from high performance alloys. Nevertheless, the highly dynamic melting process is not fully understood and suffers from binding faults, changes of the alloy composition and process instabilities. Aim of the project is to understand the basic mechanisms during selective electron beam melting and to use this knowledge to predict and to influence the resulting materials quality. In order to reach this aim, the selevtive electron beam melting process takting selective vaporation phenomena into account is simulated based on a Lattice Boltzmann Model. Evaporation leads to material loss, has influence on the melt pool dynamics and changes the alloy composition. Simulation on the scale of the powder particles reveals phenomena which result from the complex interplay between beam, powder and melt pool. The numerical results are varified by experiments by an exemplary alloy.

Scientific Abstract

Die additive Fertigung von Bauteilen gehört zu den Schlüsseltechnologien der Zukunft. Das selektive, pulverbasierte Elektronenstrahlschmelzen (SEBM) eröffnet die Möglichkeit, Hochleistungswerkstoffe mit sehr hohen Schmelztemperaturen zu komplexen Bauteilen zu verarbeiten. Allerdings ist der hochdynamische, sehr komplexe additive Aufbauprozess, bei dem Materialfehler, Veränderungen der Legierungszusammensetzung und auch Prozessinstabilitäten auftreten, kaum verstanden. Ziel dieses Projektes ist es, die grundlegenden Mechanismen beim SEBM zu verstehen, vorherzusagen und damit die resultierende Materialqualität gezielt beeinflussen zu können. Um dieses Ziel zu erreichen, soll das SEBM auf mesoskopischer Ebene, d.h. auf der Größenskala der Pulverpartikel, mit Hilfe einer Lattice Boltzmann Methode unter Berücksichtigung von Verdampfungsphänomenen numerisch simuliert werden. Die Materialverdampfung führt zu einem Masseverlust, beeinflusst die Schmelzbaddynamik und verändert die Legierungszusammensetzung. Die mesoskopische Skala macht Phänomene, die auf der komplexen Wechselwirkung zwischen Strahl, Pulver und Schmelze beruhen, zugänglich. Die numerischen Resultate sollen durch begleitende experimentelle Untersuchungen an einer Beispiellegierung verifiziert werden.

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