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Stelle
Doktorandenstelle (m/w/d)
Voraussetzung:
Master in Physik, Mathematik, Ingenieurwissenschaften oder vergleichbar
Titel
Laserbasierte additive Fertigung unter reduzierter Schwerkraft
Keywords
Computational Physics, Simulation, SPH, additive Fertigung,
Beschreibung
Am Lehrstuhl für Multiscalensimulation befassen wir uns mit der Physik von Vielteilchensystemen, sowohl experimentell als auch numerisch und theoretisch. In dem Projekt "LADA" befassen wir uns mit der laserbasierten additiven Fertigung von Metallbauteilen zur Anwendung auf zukünftigen extraterrestrischen Missionen unter Bedingungen geringer Schwerkraft.
Beim Laser-Draht-Auftragschweißen wird mithilfe eines Lasers als Energiequelle ein Metalldraht zum Schmelzen gebracht, auf eine ebenfalls mit dem Laser erhitzten metallische Grundlage aufgetragen, und mit dieser verschweißt. Durch das zeilen- bzw. schichtweise Auftragen und dem anschließenden Erstarren der Schmelze entsteht ein dreidimensionales Bauteil, ähnlich der Funktionsweise eines 3D Druckers, der Kunststoffe extrudiert. Während die additive Fertigung von Bauteilen aus Kunststoffen bereits auf der internationalen Raumstation erprobt wird, ist die (technisch wichtigere) Fertigung von Metallbauteilen bislang nicht untersucht worden. Unser Projekt soll dazu beitragen, das Verfahren des Laser-Draht-Auftragschweißens auch für Weltraummissionen (in Schwerelosigkeit) und Anwendungen unter reduzierter Schwerkraft (Mond, Mars) zu erschließen. Das Verfahren könnte es ermöglichen, notwendige Bauteile direkt vor Ort, beispielsweise auf Raumstationen oder zukünftigen Mond- und Marsmissionen, herzustellen, wodurch Flexibilität erhöht und die Menge der mitzuführenden Ersatzteile reduziert werden könnte.
Wesentliche Einflussfaktoren auf das Prozessergebnis sind neben materialspezifischen Größen wie Schmelzpunkt und Absorptionsverhalten die Prozessparameter wie Laserleistung, Strahlprofil, Vorschubgeschwindigkeit, Drahtzufuhr oder Schutzgasstrom, die es zu kontrollieren gilt. Die Optimierung der Prozessparameter ist Gegenstand aufwendiger Forschungsarbeiten. Während solche Prozesse auf der Erde bereits gut untersucht wurden und in vielen Fällen technisch beherrscht werden, ist das Verhalten unter Schwerelosigkeit weitgehend unbekannt. So entfallen gravitationsgetriebene Konvektionseffekte und das Zusammenfließen der Metallschmelze wird nicht mehr durch die Schwerkraft unterstützt. Arbeiten zum Lichtbogenschweißen unter Mikrogravitation zeigen einen deutlichen Einfluss der Schwerelosigkeit auf die Form des Schmelzbads und die Erstarrung sowie das Verhalten von Blasen in der Schmelze. Auch beim Laserstrahlschweißen können deutliche Schwerkrafteinflüsse auf das Prozessverhalten nachgewiesen werden. Untersuchungen für das Laser-Draht-Auftragschweißen liegen bisher noch nicht vor. Wir untersuchen in enger Verzahnung von Experimenten in Schwerelosigkeit und Simulationen, wie wesentliche Phänomene – wie das Benetzungsverhalten des geschmolzenen Materials und die darin auftretenden konvektiven Strömungen – von der Schwerkraft beeinflusst werden.
Das Projekt wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert und bietet die spannende Möglichkeit, an Parabelflugkampagnen teilzunehmen.
Wenn Sie als Doktorand eine verantwortungsvolle Rolle bei der Erforschung dieser neuen Technologien übernehmen möchten, dann bewerben Sie sich jetzt und bringen Sie Ihr Fachwissen in unser Team ein!
Ihre aussagekräftige Bewerbung oder Fragen senden Sie bitte mit dem Betreff „LADA“ an: Dr. Achim Sack, mss-recruitment@fau.de
Ihre Bewerbung sollte Folgendes enthalten: Lebenslauf, Zeugnisse und ein Motivationsschreiben, in dem Sie Ihre Interessen, Ihren Forschungshintergrund sowie Ihre Eignung für die ausgeschriebene Position darlegen.
Aufgaben
- Entwicklung und Implementierung von Algorithmen, um mithilfe von SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) das Verhalten von Metallschmelzen in Schwerelosigkeit zu simulieren.
- Simulation von Laserschweißprozessen, einschließlich der Absorption von Laserlicht, der Phasenübergänge beim Schmelzen und Erstarren, und der Mischvorgänge.
- Abgleich der Simulationsergebnisse mit experimentellen Daten zur Verbesserung des Verständnisses des Laserschweißprozesses.
- Mitwirkung an der Prozessoptimierung durch fundierte Vorhersagen und Verbesserung der zukünftigen Prozessführung.
Profil
- Abgeschlossenes Studium (Master) in Physik, Mathematik, Ingenieurwissenschaften oder vergleichbar.
- Interesse an einem aktuellen Forschungsfeld und der Realisierung der laserbasierten additiven Fertigung in Schwerelosigkeit.
- Fundierte Programmierkenntnisse, idealerweise in C++ oder Python, und die Bereitschaft, diese weiter auszubauen.
- Erfahrung in der Simulation von Vielteilchensystemen, z.B. mithilfe von SPH sind von Vorteil, aber nicht zwingend erforderlich.
Wir bieten
- Entfaltungsmöglichkeiten bei der Umsetzung neuer Ideen
- Flexible Arbeitszeiten
- Moderne Arbeitsatmosphäre und Büroausstattung
- Barrierefreies Bürogebäude
- Betriebskantine am Standort
- Betrieblich unterstützte Kinderbetreuung
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