Diese Studie befasst sich mit der numerischen Untersuchung von Wärmetransport-, Schmelz-, Erstarrungs- und Koaleszensvorgängen von metallischen Partikeln mittels Erwärmung durch selektives Lasersintern. Selektives Lasersintern ist ein vielversprechendes Produktionsverfahren zur Herstellung von kundenspezifischen und individuellen Produkten, welches auf eine Vielzahl von Materialien angewendet werden kann. Neben den Vorteilen gegenüber herkömmlichen Produktionsverfahren, stellt die schichtweise Produktion besondere Anforderungen an mechanische Eigenschaften, Reproduzierbarkeit, Auswahl der Materialien, Geschwindigkeit des Produktionsprozesses usw.. Dies resultiert aus dem noch unzureichenden Verständnis der Prozessvariablen und der zugrunde liegenden Physik.

Das Metallpulver wird durch konstante oder pulsierende Strahlung einer sich bewegenden Laserquelle lokal erwärmt. Dabei wird das Pulver durch den Kontakt der geschmolzenen Partikeloberflächen bei zunächst noch festem Partikelkern gesintert. Der Kontakt zwischen den Partikeln wird aufgrund der Kapillarströmung des geschmolzenen Metalls hergestellt, angetrieben durch die große Oberflächenkrümmung im Kontaktbereich der Partikel. Die Verdichtung des Materials resultiert aus der gegenseitigen Annäherung der festen Partikelkerne, der Vergrößerung des flüssigen Bereichs zwischen den Kernen und schließlich aus dem Abkühlen beziehungsweise Erstarren des gesamten Materials. Dieser Prozess beinhaltet verschiedene Arten des Wärmetransports, Phasenübergänge, Massen- und Impulstransport und ist somit sehr komplex.

Es werden verschiedene thermische Modelle zur Beschreibung des Wärmetransports auf unterschiedlichen Längenskalen entwickelt. Das thermische Modell zur Beschreibung der Strahlungsabsorption sowie des Transports der Strahlung im Pulver basiert auf einem diskreten Ansatz zur Berücksichtigung der Nichthomogenität des Materials. Demgegenüber basiert das Partikel-Skalen-Modell zur Beschreibung der Temperatur und des Phasenübergangs im Partikel auf der Annahme, dass das umgebende Pulver als homogenes Medium betrachtet werden kann. Die Vorhersagen des Modells werden mit Experimenten am kommerziellen Sinterapparat Eosint M270 verglichen.

Schließlich wird der repräsentative Fall zweier sich berührender Partikel zur gekoppelten, thermischen und hydrodynamischen Analyse betrachtet. Die zur Beschreibung des Wärme- und Stofftransports im flüssigen Metall benötigten Gleichungen werden mittels der Boundary-Element-Method gelöst. Das gekoppelte Modell berücksichtigt gleichzeitig Wärmetransport, Phasenübergang sowie Stofftransport des geschmolzenen Materials aufgrund von Oberflächenspannungen. Eine detaillierte Studie des Einflusses der Prozessparameter auf die Temperaturverteilung in den Partikeln, die Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen den Partikeln und der Verdichtung der Partikel wird durchgeführt und ausgewertet.