Vorbereitung und Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften und Permeabilität von 3D gedruckten, porösen Verbundwerkstoffen

  • Stellenausschreibung:
  • Stellenart:

    Bachelor-/Masterarbeit

  • Institut:

    IMVT

  • Eintrittstermin:

    Ab sofort

  • Kontaktperson:

    Xie, Dongxu

Motivation

In der chemischen Verfahrenstechnik wird metallisches poröses Material als eine Art Trägermaterial für Membranen und Katalysatoren verwendet. Mit konventionellen Verfahren wie dem Foliengießen und Sintern der Metallpartikeln ist die Geometrie poröser Stoffe auf platt- oder rohrförmige Stoffe beschränkt. Allerdings sind fortgeschrittene Geometrien des porösen Materials vielversprechend um Eigenschaften an die Anforderungen der jeweiligen der Anwendung anzupassen und chemische Prozesse somit zu verbessern. Ein Bespiel hierfür sind Mikrokanäle mit porösen Wänden im Strömungseigenschaften gezielt zu steuern.

 

Darüber hinaus müssen für alle praktischen Anwendungen poröse Strukturen mit dichten Metallteilen, wie der Wand des Chemiereaktors, kombiniert werden. Die Kombination von porösen und dichten Strukturen erfordert zusätzliche Prozessschritte, wie das Laserstrahlschweißen/Hartlöten, die die poröse Struktur aufgrund eines übermäßigen Energieeintrags zerstören können. Ein vielversprechender Weg zur Vereinfachung des Prozesses ist der 3D-Druck - z.B. das selektive Laserschmelzen (SLM) -, um poröse Strukturen mit fortgeschrittenen Geometrien und dichten Strukturen auf einmal zu drucken.

 

Unserer Recherche nach, gibt es jedoch keine systematische Forschung über die Kombination von dichtem und porösem Teil durch SLM der metallischen Pulver. Am Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) wurden erste vielversprechende Ergebnisse bei der Kombination von porösen und dichten Teilen, die in einzelnen Druckstücken realisiert wurden, durch systematische Anpassung der Druckparameter erzielt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, bestimmte Druckparameter mit den Eigenschaften der resultierenden porösen Struktur in Bezug auf die mittlere Porengröße und deren Verteilung, die mechanische Festigkeit und die äußeren Oberflächeneigenschaften zu korrelieren.

 

 

Aufgaben

Diese Arbeit umfasst folgende Aufgaben:

  • Literaturrecherche zum 3D-Drucken von porösen Strukturen, Charakterisierung von porösen Materialien, Simulationsmodelle von porösen Strukturen und Analyse der Permeationsdaten;

  • Untersuchung des Zusammenhangs zwischen 3D-Druckparametern (Scanrichtung, Modifikation, Linsenposition, Linienabstand) und mechanischen und porösen Eigenschaften. Dazu wird der Probekörper durch selektives Laserschmelzen (SLM) mit systematisch variierten Druckparametern gedruckt. Die Probe wird gekennzeichnet durch

    • Morphologie (z.B. REM, 3D-Profilometrie)

    • Permeation (Aufbau des Permeationsversuchs)

    • Mechanische Eigenschaften (Zug-, Biege- und Scherversuche an einem benachbarten Institut)
  • Basierend auf den gewonnenen Daten werden Strukturparameter wie Porosität, Porengröße (Verteilung) durch Anpassung von Korrelationen aus der Literatur (z.B. Kozeny-Carman) abgeleitet und ggf. mit den Druckverfahrensparametern korreliert.

 

 

Der Prozess dieser Arbeiten wird regelmäßig im Rahmen der zweiwöchentlichen Sitzung der Gruppe "catalytically active coatings" und mit dem Prüfer Prof. R. Dittmeyer diskutiert. Nach 50% der Abschlussarbeit wird eine Halbzeit-Präsentation in der CCT-Gruppensitzung erwartet. Die finalen Arbeitsergebnisse werden im Rahmen des Seminars am IMVT (20/30 Minuten mündliche Präsentation für den BSc/MSc) und durch eine schriftliche Arbeit von maximal 40 Seiten für die Bachelorarbeit bzw. 60 Seiten für die Masterarbeit (ohne Anhang) präsentiert.

 

 

Anforderungen

Kenntnisse in Chemieingenieurwesen oder Materialwissenschaften.

Dauer: 3 Monate für die Bachelorarbeit und 6 Monate für die Masterarbeit

Anfangsdatum: Ab sofort

Prüfer: Prof. Dr. Roland Dittmeyer

Betreuer: M.Sc. Dongxu Xie

Kontakt: dongxu xieBfa8∂kit edu       Tel. +49 (0)721 -/608-26817