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BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte

, Volume 162, Issue 5, pp 172–178 | Cite as

Thermo-fluid Dynamical Simulation of Layer Build-up by Selective Laser Melting of Molybdenum and Steel

  • Karl-Heinz Leitz
  • Peter Singer
  • Arno Plankensteiner
  • Bernhard Tabernig
  • Heinrich Kestler
  • Lorenz S. Sigl
Originalarbeit
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Abstract

Numerical simulations are a powerful tool to gain a fundamental process understanding of Selective Laser Melting (SLM). They allow a look into process details and to extract the influence of single process and material parameters. In this contribution a multi-physical finite element simulation model for SLM is presented. The coupled thermo-fluid dynamical model includes the absorption of laser radiation on the surface of the metal powder, conductive and convective heat transfer in the metal and the ambient atmosphere as well as melting, solidification, evaporation, and condensation processes. The model is applied to an analysis of the influence of process parameters on the process and the processing result in SLM of molybdenum and steel. It shows the material specific process characteristics as well as the influence of power and energy input on the surface morphology in layer build-up. The predictions of the simulation model are in good accordance with experimental metallographic data.

Keywords

Selective laser melting Multi-physical simulation Molybdenum Steel 

Thermo-fluiddynamische Simulation des Schichtaufbaus durch Laserstrahlschmelzen von Molybdän und Stahl

Zusammenfassung

Numerische Simulationen sind ein leistungsfähiges Werkzeug, um ein grundlegendes Verständnis für den Laserstrahlschmelzprozess zu erlangen. Sie ermöglichen einen Blick in den Prozess sowie eine Analyse des Einflusses einzelner Prozess- und Materialparameter. In diesem Beitrag wird ein multiphysikalisches finite Elemente Simulationsmodell für das Laserstrahlschmelzen vorgestellt. Das thermo-fluiddynamisch gekoppelte Modell beinhaltet die Absorption von Laserstrahlung an der Oberfläche des Metallpulvers, konduktive und konvektive Wärmeleitung im Metall und der Atmosphäre sowie Schmelz-, Erstarrungs-, Verdampfungs- und Kondensationsvorgänge. Das Modell wird für eine Analyse des Einflusses von Prozessparametern auf den Prozess und das Bearbeitungsergebnis beim Laserstrahlschmelzen von Molybdän und Stahl eingesetzt. Es zeigt den Einfluss des Materials auf den Prozess sowie die Auswirkung von Laserleistung und Energieeintrag auf die Oberflächenmorphologie beim Schichtaufbau. Die Vorhersagen des Simulationsmodells zeigen gute Übereinstimmung mit experimentellen metallografischen Daten.

Schlüsselwörter

Laserstrahlschmelzen Multiphysikalische Simulation Molybdän Stahl 

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Copyright information

© Springer-Verlag Wien 2017

Authors and Affiliations

  • Karl-Heinz Leitz
    • 1
  • Peter Singer
    • 1
  • Arno Plankensteiner
    • 1
  • Bernhard Tabernig
    • 1
  • Heinrich Kestler
    • 1
  • Lorenz S. Sigl
    • 1
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