Aufbau eines numerischen Modells zur Single-Bead-Parametrisierung im SLM-Prozess für CuCr1Zr

Im Rahmen der vorliegenden Masterarbeit wird ein numerisches Modell entwickelt, welches den Schmelzprozess im selektiven Laserschmelzen (SLM) beschreibt. Ziel dieser Arbeit ist die Parametrisierung der Schmelzbadgeometrie einzelner Spuren. Aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit und Reflexivität von Kupferlegierungen stellt die prozesssichere Verarbeitung im SLM eine besondere Herausforderung dar. Um diese zu meistern, ist ein vertieftes Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen erforderlich. Zunächst werden die theoretischen Grundlagen des SLM-Prozesses sowie relevante physikalische und mathematische Modelle beschrieben. In der Folge wird ein numerisches Modell mittels Abaqus AM-Modler aufgebaut, das auf der Finite-Elemente-Methode basiert. Dieses Modell dient der Abbildung der transienten thermischen Prozesse, die während der Laserbelichtung entstehen. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Modellierung des Wärmeeintrags, der Materialeigenschaften sowie der Diskretisierung und Lösung des zugrunde liegenden Gleichungssystems. Parallel zur Simulation werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, bei denen Proben aus CuCr1Zr hergestellt und metallographisch analysiert werden. Die Auswertung der Schmelzbadgeometrie bilden die Grundlage für den Vergleich zwischen experimentellen Ergebnissen und numerischer Vorhersage. Die Ergebnisse zeigen, dass das entwickelte Modell in der Lage ist, die charakteristischen Eigenschaften der Schmelzbäder qualitativ abzubilden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Schmelzbadgeometrie veranschaulichen. Die vorliegende Arbeit leistet somit einen Beitrag zum besseren Verständnis des SLM-Prozesses für Kupferlegierungen und bietet eine Grundlage für die gezielte Optimierung von Prozessparametern.