Verbundprojekt: Produktion von Metallpulver für die additive Fertigung; Teilvorhaben: Numerische Simulation und Pulvererzeugung

Das Selektive Laser-Pulverbett-Schmelzen (engl.: Laser-Powder-Bed Fusion - LBPF) ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein feines Metallpulver schichtweise mit einem fokussierten Laserstrahl aufgeschmolzen und verfestigt wird. Die Eigenschaften des Endprodukts hängen dabei stark von der Größe und der Gleichförmigkeit des Metallpulvers ab. Dieses interdisziplinäre Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der Herstellung von Metallpulver mittels der Hochdruck-Zerstäubungstechnik (engl.: Close-Coupled Atomization - CCA). Dabei wird ein dünner Strahl aus flüssigem Metall mit einem unter hohem Druck stehenden, koaxialen Inertgasstrahl in eine Vielzahl kleinster Metalltröpfchen zerstäubt, die rasch abkühlen und feines Metallpulver bilden. Ziel des Projektes ist es, den Zerstäubungs- und Erstarrungsvorgang besser zu verstehen und zu modellieren. Dazu werden die Ergebnisse aus generischen Experimenten, numerischen Simulationen und Versuchen auf einer neu entwickelten Großanlage miteinander kombiniert, um die Prozessparameter (Überhitzung, Schmelze-Gas-Verhältnis, Inertgasdruck etc.) zur Verdüsung eines definierten Werkstoffes vorher festzulegen. Wissenschaftlich betrachtet liegt die Herausforderung in der mathematisch-numerischen Modellierung der komplexen Flüssigmetallzerstäubung unter extremen Prozessbedingungen und der Vorhersage der Materialeigenschaften. Auf Basis der neu entwickelten Modellvorstellung wird es möglich sein, die Eigenschaften (Korngrößenverteilung, Morphologie etc.) des auf der Großanlage produzierten Metallpulvers vorherzusagen. Neben zwei akademischen Institutionen (TU Darmstadt, IISc Bangalore) beteiligen sich am Vorhaben ein Hersteller von Produktionsanlagen bzw. Anbieter von Metallpulver (SMS group GmbH) sowie einem Metallpulver-Endverbraucher (Tata Steel).