Simulation des Materialverhaltens von Kunststoffen in der additiven Fertigung

Institut

Professur für Laserbasierte Additive Fertigung (TUM-ED)

Typ

Bachelorarbeit / Semesterarbeit / Masterarbeit /

Inhalt

experimentell / theoretisch /  

Beschreibung

Ausgangssituation

Das an der Professur für Laser-based Additive Manufacturing (lbam) untersuchte Verfahren „Laser-based Powder Bed Fusion of Plastics“ (PBF‑LB/P) erzeugt Bauteile durch das schichtweise Aufschmelzen von Kunststoffpulver mit Hilfe eines Lasers. Das Zusammenspiel von Laserbelichtung und Frischpulverauftrag führt zu einer komplexen Temperatur-Zeit-Historie, die das Konsolidierungsverhalten und damit die finalen Bauteileigenschaften maßgeblich beeinflusst.

Eine vom lbam entwickelte Versuchsanlage ermöglicht die Vergrößerung des Laserstrahldurchmessers. Damit konnten bereits deutliche Produktivitätssteigerungen und ein effizienterer Energieeintrag nachgewiesen werden. Noch unklar ist jedoch, wie sich die Strahlvergrößerung auf das Schmelz- und Konsolidierungsverhalten, insbesondere unterhalb der Pulverbett-oberfläche, auswirkt.

Ziel und Inhalt der Arbeit

Um einen komplizierten experimentellen Versuchsaufbau zu umgehen, soll im Rahmen deiner Arbeit ein vorhandenes Finite-Differenzen-Modell (siehe Abbildungen rechts) genutzt und gezielt erweitert werden. Das Modell soll defokussierte Laserstrahlen über mehrere Bauteilschichten sowie unterschiedliche Prozessparameter abbilden können. Das erweiterte Modell wird anschließend durch Experimente an der PBF-LB/P-Anlage validiert. Ziel ist es, neue Scanstrategien abzuleiten, um das Prozessfenster hinsichtlich Produktivität und Nachhaltigkeit zu erweitern. Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitspakete (APs):

AP1: Literaturrecherche zur thermischen Simulation in PBF-LB/P

AP2: Erweiterung und Optimierung des FDM-Modells für variable Strahldurchmesser

AP3: Durchführung von Einzel- und Mehrschichtversuchen zur Validierung des Simulationsmodells

AP4: Ableitung von geeigneten Prozessparametern basierend auf den in AP2 und AP3 gewonnenen Erkenntnissen

AP5: Dokumentation und Aufbereitung der Arbeitsergebnisse

Voraussetzungen

Anforderungsprofil/Bewerbungsunterlagen

• Kreativität und Eigeninitiative
• Interesse an der additiven Fertigung
• Sorgfältiges Arbeiten
• Programmierkenntnisse in Python von Vorteil

 

Bewerbung richten Sie bitte mit einem aktuellem Notenauszug an:

Ansprechpartner
Benedikt Burchard, M.Sc.
benedikt.burchardtum.de

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