Process Fundamentals

Die physikalischen Grundlagen moderner Fertigungsprozesse bilden die Voraussetzung für reproduzierbare, skalierbare und wissenschaftlich beherrschbare Produktionstechnologien. Im Schwerpunkt Process Fundamentals untersuchen wir die Wechselwirkungen zwischen Energieeintrag, Materialzustand und Prozessdynamik mit dem Ziel, die zugrunde liegenden Mechanismen von Fertigungsverfahren quantitativ zu beschreiben und gezielt nutzbar zu machen.

Dabei betrachten wir thermische, fluiddynamische, metallurgische und chemische Vorgänge über unterschiedliche Längen- und Zeitskalen hinweg. Im Zentrum stehen die Kopplungen zwischen Prozessführung, transienten Zuständen und den daraus resultierenden Material- und Bauteileigenschaften. Ziel ist es, belastbare Zusammenhänge zwischen Eingangsgrößen, lokalen Prozesszuständen und funktionalem Bauteilverhalten abzuleiten.

Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Laser Powder Bed Fusion of Metals (PBF-LB/M). Hier untersuchen wir die physikalischen Mechanismen der Laser-Material-Wechselwirkung während des lokalen Energieeintrags. Dazu zählen insbesondere Energieabsorption, Wärme- und Stofftransport, Schmelzbad- und Keyhole-Dynamik, Verdampfungsprozesse sowie die Ausbildung von Temperatur-, Strömungs- und Konzentrationsfeldern.

Diese Prozesse bestimmen die lokale Mikrostrukturentwicklung, Defektbildung, Eigenspannungen sowie die resultierenden mechanischen und funktionalen Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile. Ziel unserer Forschung ist es, diese Zusammenhänge experimentell und modellbasiert zugänglich zu machen und daraus robuste Ansätze für Prozessverständnis, Prozessführung und Materialdesign abzuleiten.

Hierfür kombinieren wir hochauflösende experimentelle Methoden mit numerischer Modellierung sowie eigens entwickelten Forschungsplattformen und Versuchsständen. Diese ermöglichen gezielte Eingriffe in einzelne Wirkmechanismen und die kontrollierte Variation relevanter Randbedingungen.