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Thermal and Microstructure Simulations for LPBF processes with Different Laser Beam Profiles

Sambathkumar, Raveeshankar und Avila Hernandez, Rocio und Chatterjee, Sayan und Munk, Juri und Haubrich, Jan und Jakumeit, Jürgen (2025) Thermal and Microstructure Simulations for LPBF processes with Different Laser Beam Profiles. 7th International Conference on Advances in Solidification Processes (ICASP7), 2025-06-10 - 2025-06-13, Madrid, Spanien.

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Offizielle URL: https://icasp2025.org/wp-content/uploads/2025/05/ICASP7_Abstract_Booklet.pdf

Kurzfassung

Laser Powder Bed Fusion (LPBF) is a critical additive manufacturing technique for producing complex metal parts by selectively melting metal powder with a laser beam. The melt pool geometry directly in�fluences the quality, dimensional accuracy, and mechanical properties of the final component, making its control essential for optimal results. Traditionally, the Gaussian laser beam profile has been used in LPBF, but it often leads to localized overheating at the center of the melt pool, resulting in keyhole formation and other defects. To mitigate these issues, alternative laser beam profiles that combine Gaussian and ring-shaped profiles are explored. This combination helps to distribute the energy more evenly across the melt pool, reducing the risk of overheating and improving melt pool stability. In this study, different combi�nations of Gaussian and ring-shaped laser beam profiles are analyzed using an in-house developed finite volume (FV) code. The code simulates the thermal behavior of the melt pool in single-track LPBF and is validated against experimental data. Furthermore, a Cellular Automaton (CA) model based on the LGK dendrite growth theory is used to simulate microstructure evolution during solidification. The simulations provide insights into grain growth and the solidification microstructure, which directly influence the material’s mechanical properties. The thermal and microstructure simulations demonstrate the potential of different laser beam profiles to enhance the LPBF process. Additionally, the developed FV code and CA model offer valuable tools for advancing LPBF technology, enabling more precise control over laser beam shaping and melt pool behavior, ultimately improving part quality and reproducibility in future applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/221655/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Thermal and Microstructure Simulations for LPBF processes with Different Laser Beam Profiles
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Sambathkumar, RaveeshankarACCESS e.V., AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Avila Hernandez, RocioACCESS e.V., AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chatterjee, SayanACCESS e.V., AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Munk, Jurijuri.munk (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haubrich, JanJan.Haubrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5748-2755NICHT SPEZIFIZIERT
Jakumeit, JürgenACCESS e.V., AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Additive Fertigung, Prozesssimulation, Materialien
Veranstaltungstitel:7th International Conference on Advances in Solidification Processes (ICASP7)
Veranstaltungsort:Madrid, Spanien
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:10 Juni 2025
Veranstaltungsende:13 Juni 2025
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Strukturwerkstoffe und Bauweisen, R - Systemtechnologien
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum
Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische und hybride Werkstoffe
Hinterlegt von: Haubrich, Jan
Hinterlegt am:08 Jan 2026 09:42
Letzte Änderung:08 Jan 2026 09:42

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