1. BaSaMa & HiWi
    2.  

Nachhaltige Additive Fertigung: Vom Recycling zur Atomisierung – Verarbeitung und Defektdetektion von Ti64 im EBM-Prozess

Institut
Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Additiven Fertigung (TUM-ED)
Typ
Semesterarbeit / Masterarbeit /
Inhalt
experimentell /  
Beschreibung

Motivation:

Die nachhaltige Nutzung von Werkstoffen gewinnt in der additiven Fertigung zunehmend an Bedeutung, insbesondere für hochpreisige Materialien wie Ti-6Al-4V (Ti64). Titan und seine Legierungen wurden von der Europäischen Kommission im Rahmen der Critical Raw Materials List (2020) als strategisch relevante Rohstoffe eingestuft, da sie eine hohe wirtschaftliche Bedeutung bei gleichzeitigem Versorgungsrisiko aufweisen (European Commission, Critical Raw Materials Resilience: Charting a Path towards greater Security and Sustainability, 2020). Durch Recyclingansätze, wie die Wiederaufbereitung von Stützstrukturen und Ausschussbauteilen mittels Plasmaatomisierung, eröffnet sich das Potenzial für eine ressourceneffizientere und resilientere Prozesskette. Während erste Studien bereits die Herstellung von recyceltem Pulver untersucht haben, ist bislang unklar, inwieweit sich dieses Material im EBM-Prozess (Electron Beam Melting) im Vergleich zu Neupulver verhält, insbesondere hinsichtlich Prozessstabilität und Defektentstehung. Die Kombination aus additiver Fertigung und In-situ-Prozessmonitoring bietet hier die Möglichkeit, Defekte direkt während des Bauprozesses zu erkennen und Unterschiede zwischen recyceltem und nicht recyceltem Pulver systematisch zu analysieren.

Zielsetzung:

Ziel dieser Studienarbeit ist die Untersuchung der Verarbeitbarkeit und Defektentstehung von recyceltem Ti64-Pulver im EBM-Prozess. Im Rahmen dieser Arbeit soll zunächst eine ausreichende Menge an recyceltem Pulver aus Stützstrukturen und Ausschussbauteilen hergestellt werden. Anschließend werden Druckversuche auf der EBM-Anlage durchgeführt, um geeignete Prozessparameter zu identifizieren und das Materialverhalten zu analysieren. Ein besonderer Fokus liegt auf der Detektion und Bewertung von Defekten mithilfe eines bestehenden In-situ-Prozessmonitoringsystems. Dabei sollen Unterschiede in der Defektentstehung und Prozessstabilität zwischen recyceltem und nicht recyceltem Pulver systematisch untersucht und bewertet werden.

Vorgeschlagene Arbeitspakete:

  1. Einarbeitung und Literaturrecherche
    • Analyse des Stands der Technik und Forschung zur Verarbeitung von recyceltem Ti64-Pulver im PBF-Bereich, einschließlich bereits erreichter Material- und Bauteileigenschaften sowie identifizierter Herausforderungen und Forschungslücken
    • Überblick über Recyclingstrategien für Ti64 in der additiven Fertigung
    • Analyse relevanter Einflussgrößen auf Pulverqualität und Prozessstabilität
    • Verständnis bestehender In-situ-Monitoringansätze im EBM-Prozess
  2. Pulverherstellung und -charakterisierung
    • Aufbereitung von Ausgangsmaterial (Stützstrukturen, Ausschussbauteile)
    • Herstellung von recyceltem Pulver basierend auf bestehenden DoE-Ergebnissen
    • Grundlegende Charakterisierung des Pulvers (z. B. Partikelgrößenverteilung, Morphologie, Fließverhalten)
  3. EBM-Druckversuche und Parameterstudie
    • Planung und Durchführung von Druckexperimenten mit recyceltem Pulver
    • Vergleichende Versuche mit Referenzmaterial (Neupulver)
    • Analyse von Prozessstabilität und Bauteilqualität
  4. In-situ Defektdetektion und Datenanalyse
    • Anwendung des bestehenden Prozessmonitoringsystems während der Bauprozesse
    • Identifikation und Klassifikation von Defekten
    • Vergleich der Defektcharakteristik zwischen recyceltem und nicht recyceltem Pulver
  5. Auswertung und Bewertung
    • Zusammenführung der Ergebnisse aus Pulver-, Prozess- und Monitoringdaten
    • Bewertung der Eignung von recyceltem Ti64-Pulver für den EBM-Prozess
    • Ableitung von Empfehlungen für zukünftige Prozessstrategien und Recyclingkonzepte

 

Voraussetzungen
  • Interesse an additiver Fertigung
  • Materialwissenschaften und Nachhaltigkeit
  • Erste Kenntnisse im Bereich metallischer Werkstoffe und/oder Pulvercharakterisierung sind von Vorteil, aber keine zwingende Voraussetzung
  • Erste Erfahrung in Python
  • Selbstständige und strukturierte Arbeitsweise
  • Sehr gute Deutsch- oder Englischkenntnisse
  • Teamorientierte Denkweise
Tags
MAT Studi, MAT GEITNER
Möglicher Beginn
Mai
Kontakt
Claudia Geitner
Tel.: +49 (0) 89 289 - 55326
claudia.geitnertum.de