FEM-Simulation von Porenverteilung und Rissinitiierung in additiv gefertigten Keramikdüsen

Forschungsthema/Bereich

Additive Fertigung, Fertigung & Prozesstechnik, Materialwissenschaften, Werkstoffkunde

Typ der Abschlussarbeit

Bachelor / Master

Startzeitpunkt

30.09.2026

Bewerbungsschluss

31.12.2026

Dauer der Arbeit

Nach Studiengangsordnung

Beschreibung

Für die Gasverdüsung von Metallen werden keramische Düsen benötigt, welche hohen thermischen und mechanischen Belastungen standhalten müssen. Durch den Einsatz additiver Fertigung mittels Vat-Photopolymerisation (VPP) sollen diese Düsen gezielt optimiert werden, um ihre Haltbarkeit sowie die Effizienz der Zerstäubung zu erhöhen, da die Pulverherstellung einen wesentlichen Kostenfaktor innerhalb der additiven Fertigung darstellt.

Die additive Fertigung mittels VPP ermöglicht es, gezielt poröse Bereiche in das Bauteil einzubringen, während andere Bereiche dicht ausgeführt werden. Im Rahmen der Arbeit soll mittels FEM-Simulation gezeigt werden, welcher Vorteil hieraus für die Thermoschockbeständigkeit der Düse entsteht, ohne die strukturelle Integrität des Bauteils zu beeinträchtigen.

Hierzu wird zunächst ein Modell aufgebaut, welches die thermomechanischen Spannungen abbildet, die durch das Aufheizen und Abkühlen der Düse im Betrieb entstehen. Anschließend werden gezielt unterschiedliche Porenzustände untersucht und deren Einfluss auf das resultierende Spannungsfeld bewertet. Abschließend wird das Modell um eine Betrachtung der Rissinitiierung erweitert, um zu untersuchen, wie sich die Porenstruktur auf deren Entstehung auswirkt.

Aufagben
Literaturrecherche zu Simulationsmethoden für poröse Keramiken
Aufbau eines FEM-Modells zur Ermittlung thermomechanischer Spannungen
Ableitung einer optimierten, ortsaufgelösten Porenverteilung
Erweiterung um ein Rissinitiierungsmodell
Validierung anhand eigener Testdrucke
Ableitung von Konstruktions- und Fertigungsempfehlungen

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Dann sende mir gerne eine Mail mit deinem Notenauszug, gerne auch Lebenslauf, an simon.linnemann@kit.edu und wir vereinbaren einen Termin.

Voraussetzung

Voraussetzungen an Studierende

• Beginn: ab sofort
• Dauer: 3-6 Monate (entsprechend der Studienordnung)
• Fachrichtung: Maschinenbau, Mechatronik, Materialwissenschaften, Chemieingenieurwesen oder verwandte Studiengänge

Studiengangsbereiche

• Ingenieurwissenschaften
  Chemieingenieurwesen & Verfahrenstechnik
  Maschinenbau
  Materialwissenschaft & Werkstofftechnik
  Mechanical Engineering
• Wirtschafts- und Rechtswissenschaften
  Wirtschaftsingenieurwesen

Betreuung

Titel, Vorname, Name

Simon Linenmann

Organisationseinheit

wbk

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