Eng gekoppelter Überschall-Zerstäubungsprozess: experimentelle Untersuchung und Modelierung; im Rahmen IGSTC (Indo-German science and technology Centre) PPAMProjekt: Metal Powder Production for additive Manufacturing

Abstract

Einhergehend mit der wachsenden wirtschaftlichen Bedeutung der additiven Fertigung von metallischen Bauteilen durch Prozesse wie etwa das selektive Laserschmelzen steigt auch die Nachfrage nach qualitativ hochwertigen Metallpulvern als dem entsprechenden Rohmaterial. Diese Pulver müssen eine Vielzahl von spezifischen Eigenschaften aufweisen und sich unter anderem durch eine wohldefinierte Partikelgrößenverteilung auszeichnen. Hergestellt werden sie vornehmlich durch die aufwändige Überschall-Gaszerstäubung von Metallschmelzen, bei der häufig ein nicht unerheblicher Anteil von Pulver anfällt, der ungeeignet für die additive Fertigung ist. Um dennoch der steigenden Nachfrage gerecht zu werden und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu erhöhen, ist es notwendig, Zerstäubungsmodelle zu entwickeln, welche ein gezieltes Abstimmen der Prozessparameter auf eine gewünschte Pulverqualität ermöglichen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Zerstäubung von Flüssigkeiten mittels eines generischen Überschall-Gaszerstäubers experimentell untersucht. Die Konstruktion des Zerstäubers orientiert sich an einer realen Pulverproduktionsanlage. Anstelle von Metallschmelzen werden jedoch verschiedene Ersatzflüssigkeiten zerstäubt, um die Zugänglichkeit für eine Vielzahl von Messtechniken zu verbessern. Zur Untersuchung des Einflusses von Betriebsparametern auf das Zerstäubungsergebnis werden Messungen mittels PhasenDoppler-Messtechnik durchgeführt. Diese erlaubt das ortsaufgelöste Vermessen von Tropfengrößen und -geschwindigkeiten sowie deren Verteilungen. Einblicke in die Zerstäubungsmechanismen werden durch bildgebende Verfahren ermöglicht. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen zu einem verbesserten Verständnis von der Überschall-Gaszerstäubung bei. Sie zeigen, wie die Interaktion zwischen Gas- und Flüssigkeitsströmung zur Ausbildung des Sprühkegels führt. Weiterhin verdeutlichen sie, wie die Partikelgrößenverteilung von den Betriebsparametern und den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit beeinflusst wird. Außerdem liefern sie einen Einblick in die Mechanismen, die für die Primärzerstäubung sowie die Sekundärzerstäubung verantwortlich sind. Somit stellt diese Thesis eine Grundlage dar, um neuartige Modelle zur Beschreibung der Überschall-Gaszerstäubung zu formulieren.. Datei-Upload durch TIB