Robert Kremer, M.Eng.

Im Rahmen der Forschung soll der Prozess der Additiven Laserfertigung vom Werkstoff bis zum fertigen Bauteil virtuell abgebildet und simuliert werden. Dies schafft die Möglichkeit, die mechanisch-technologischen Eigenschaften eines Bauteils in Abhängigkeit der chemischen Werkstoffzusammensetzung und der Fertigungsparameter vorherzusagen, und somit eine Optimierung vorab virtuell zu ermöglichen. Dadurch werden Ressourcen im Bereich der Werkstoffentwicklung eingespart, da Optimierungsschritte durch Testschmelzen und Laborversuche signifikant reduziert werden können. Ebenso können auch Bauteilgeometrie und Prozessparameter vorab virtuell optimiert werden, was bisher notwendige Iterationen im Labor auf ein Minimum reduziert. Zur Umsetzung werden Ansätze und Methoden der Werkstoffwissenschaft, der Thermodynamik und der höheren Mechanik in einem übergreifenden Multiskalenmodell integriert, um metallische Werkstoffe von der atomaren Zusammensetzung bis zum durch Selektives Laserschmelzen (ugs. Metall 3D-Druck) hergestellten Bauteil simulativ abzubilden. Zur Validierung der Simulationen erfolgen parallel Laborversuche. Zur Umsetzung soll das Simulationsmodell für eine CuSn10-Substitutionslegierung nach dem Ansatz der integrierten Werkstoffsimulation (Integrated Computational Materials Engineering, kurz: ICME) aufgebaut und mit einer Prozesssimulation gekoppelt werden. Dabei werden die Ansätze der Density Functional Theory (DFT), Molecular Dynamic (MD) und Dislocation Dynamic (DD) sowie der Crystal Plasticity (CP) und Finite Elemente Method (FEM) durch Bridging über die einzelnen Größenskalen miteinander verbunden, sodass ein durchgehender Informationsfluss vom Kleinsten – der Elektronenebene (wenige Ångström) – bis zum Größten – dem fertigen Bauteil (viele Millimeter) – entsteht. Dies ermöglicht die Berechnung des elastischen und plastischen Werkstoffverhaltens in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung und der Bauteilfertigung. Das geplante Simulationsmodell ermöglicht somit eine virtuelle und simulative Abbildung des realen Werkstoffes und der additiven Verarbeitung bei Zweistoff-Substitutionslegierungen. Nach erfolgreichem Simulationsaufbau kann das zu schaffende Simulationsmodell in darauffolgenden Arbeiten auf Mehrstoffsysteme ausgeweitet, zur Datenerzeugung genutzt und in Kombinationen mit Laborversuchen für KI-getriebene Modelle genutzt werden.