Numerische und experimentelle Untersuchung des Pulverauftragsprozesses für die additive Fertigung mittels Flow3D AM

Hannes Hogger

Numerische und experimentelle Untersuchung des Pulverauftragsprozesses für die additive Fertigung mittels Flow3D AM

Translated title of the contribution: Numerical and experimental investigation of the powder deposition process for additive manufacturing using Flow3D AM

Hannes Hogger

Chair of Metal Forming (560)

Research output: Thesis › Master's Thesis

Abstract

This thesis investigates the behavior of a metal powder in the context of the powder deposition process in powder-bed-based additive manufacturing processes. The aim of the thesis is to develop a realistic numerical model based on experimentally determined reference data for the metal powder. To this end, angle-of-rest tests are conducted using the copper alloy CuCr1Zr, and experimental data from a ring shear cell are used to parameterize the model. The experimental investigations using the cone test and the specially developed wall clearance test show well-reproducible behavior, with both tests yielding a value of approximately 26°. Based on this, the simulation model is constructed, and the attractive force between the particles is systematically varied. It is found that without an additional cohesive interaction, the angle of repose in the simulation is significantly lower than the experimental results. Only by accounting for an attractive force between the particles can a realistic approximation be achieved. The best agreement is obtained for values between 2×10¿¿ and 3×10¿¿ N. Overall, the work demonstrates that the combination of experiments and numerical simulation is a suitable approach for investigating the flow behavior of the powder.

Translated title of the contribution	Numerical and experimental investigation of the powder deposition process for additive manufacturing using Flow3D AM
Original language	German
Awarding Institution	Montanuniversität
Supervisors/Advisors	Walzl, Alexander, Supervisor (internal) Stockinger, Martin, Co-Supervisor (internal)
Award date	26 Jun 2026
Publication status	Published - 2026

Bibliographical note

no embargo

Cite this

@mastersthesis{d85786f8d3ec463a93fa60ad88de9410,

title = "Numerische und experimentelle Untersuchung des Pulverauftragsprozesses f{\"u}r die additive Fertigung mittels Flow3D AM",

abstract = "Diese Arbeit untersucht das Verhalten eines Metallpulvers im Zusammenhang mit dem Pulverauftragsprozess in pulverbettbasierten additiven Fertigungsverfahren. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines realit{\"a}tsnahen, numerischen Modells auf Grundlage von experimentell bestimmter Referenzdaten des Metallpulvers. Dazu werden Sch{\"u}ttwinkelversuche mit der Kupferlegierung CuCr1Zr durchgef{\"u}hrt und Versuchsdaten einer Ringscherzelle verwendet, um das Modell zu parametrisieren. Die experimentellen Untersuchungen durch den Sch{\"u}ttkegelversuch und den eigens entwickelten Ausflie{\ss}versuch zeigen ein gut reproduzierbares Verhalten, wobei beide Versuche einen Wert von etwa 26° ergeben. Auf dieser Grundlage wird das Simulationsmodell aufgebaut und die anziehende Kraft zwischen den Partikeln systematisch variiert. Es zeigt sich, dass ohne eine zus{\"a}tzliche koh{\"a}sive Wechselwirkung der Sch{\"u}ttwinkel der Simulation deutlich unter den experimentellen Ergebnissen liegt. Erst durch Ber{\"u}cksichtigung einer anziehenden Kraft zwischen den Partikeln kann eine realistische Ann{\"a}herung erzielt werden. Die beste {\"U}bereinstimmung ergibt sich f{\"u}r Werte zwischen 2×10-8 bis 3×10-8 N. Insgesamt zeigt die Arbeit, dass die Kombination aus Experimenten und numerischer Simulation ein geeignetes Vorgehen ist, um das Flie{\ss}verhalten des Pulvers zu untersuchen.",

author = "Hannes Hogger",

note = "nicht gesperrt",

year = "2026",

language = "Deutsch",

school = "Montanuniversit{\"a}t Leoben (000)",

}

TY - THES

T1 - Numerische und experimentelle Untersuchung des Pulverauftragsprozesses für die additive Fertigung mittels Flow3D AM

AU - Hogger, Hannes

N1 - nicht gesperrt

PY - 2026

Y1 - 2026

N2 - Diese Arbeit untersucht das Verhalten eines Metallpulvers im Zusammenhang mit dem Pulverauftragsprozess in pulverbettbasierten additiven Fertigungsverfahren. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines realitätsnahen, numerischen Modells auf Grundlage von experimentell bestimmter Referenzdaten des Metallpulvers. Dazu werden Schüttwinkelversuche mit der Kupferlegierung CuCr1Zr durchgeführt und Versuchsdaten einer Ringscherzelle verwendet, um das Modell zu parametrisieren. Die experimentellen Untersuchungen durch den Schüttkegelversuch und den eigens entwickelten Ausfließversuch zeigen ein gut reproduzierbares Verhalten, wobei beide Versuche einen Wert von etwa 26° ergeben. Auf dieser Grundlage wird das Simulationsmodell aufgebaut und die anziehende Kraft zwischen den Partikeln systematisch variiert. Es zeigt sich, dass ohne eine zusätzliche kohäsive Wechselwirkung der Schüttwinkel der Simulation deutlich unter den experimentellen Ergebnissen liegt. Erst durch Berücksichtigung einer anziehenden Kraft zwischen den Partikeln kann eine realistische Annäherung erzielt werden. Die beste Übereinstimmung ergibt sich für Werte zwischen 2×10-8 bis 3×10-8 N. Insgesamt zeigt die Arbeit, dass die Kombination aus Experimenten und numerischer Simulation ein geeignetes Vorgehen ist, um das Fließverhalten des Pulvers zu untersuchen.

AB - Diese Arbeit untersucht das Verhalten eines Metallpulvers im Zusammenhang mit dem Pulverauftragsprozess in pulverbettbasierten additiven Fertigungsverfahren. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines realitätsnahen, numerischen Modells auf Grundlage von experimentell bestimmter Referenzdaten des Metallpulvers. Dazu werden Schüttwinkelversuche mit der Kupferlegierung CuCr1Zr durchgeführt und Versuchsdaten einer Ringscherzelle verwendet, um das Modell zu parametrisieren. Die experimentellen Untersuchungen durch den Schüttkegelversuch und den eigens entwickelten Ausfließversuch zeigen ein gut reproduzierbares Verhalten, wobei beide Versuche einen Wert von etwa 26° ergeben. Auf dieser Grundlage wird das Simulationsmodell aufgebaut und die anziehende Kraft zwischen den Partikeln systematisch variiert. Es zeigt sich, dass ohne eine zusätzliche kohäsive Wechselwirkung der Schüttwinkel der Simulation deutlich unter den experimentellen Ergebnissen liegt. Erst durch Berücksichtigung einer anziehenden Kraft zwischen den Partikeln kann eine realistische Annäherung erzielt werden. Die beste Übereinstimmung ergibt sich für Werte zwischen 2×10-8 bis 3×10-8 N. Insgesamt zeigt die Arbeit, dass die Kombination aus Experimenten und numerischer Simulation ein geeignetes Vorgehen ist, um das Fließverhalten des Pulvers zu untersuchen.

M3 - Masterarbeit

ER -