Additive manufacturing (AM) is an important and rapidly emerging manufacturing technology nowadays. The heat evolution during AM processes is complex and often limited in small areas, of which directional solidification is an integrated part. Although with a much higher cooling rate and temperature gradient, directional solidification is an integrated part of AM, which is the same as in conventional processes like casting. Therefore, improved understanding of the directional solidification of alloys for AM enables us to discover new alloys appropriate for AM. Molecular dynamics (MD) has been proved to be reliable in the study of nucleation and solidification. Detailed nanoscale evolution of atoms in the system can be revealed using MD simulation. Simulation of metals using MD was performed in many studies before, while solidification of alloys, especially directional solidification, has not been sufficiently investigated. Therefore, in this study, MD simulations are performed in order to understand the directional solidification mechanism during AM process. Several alloy systems are investigated from different aspects. The feasibility of simulating AlSi10Mg alloy using existing modified embedded-atom method (MEAM) potentials in MD is discussed. The dependence of temperature for directional solidification simulation is verified on Al - 10\% at Mg alloy system. Directional solidification of the 304L stainless steel is successfully simulated using embedded-atom method (EAM) potential by applying a temperature gradient to a fully melted Fe-Cr-Ni system. A directional growth of solid phase from low temperature region towards high temperature region is observed in the simulation box. When fully solidified, the heterogeneity of grains in the final product is studied. To investigate the mechanical properties of the solidified system, uniaxial tensile tests were carried out, in the course of which transformation induced plasticity (TRIP) effect is confirmed because of the occurrence of the phase change (γ→ε→α') caused by the tensile load. Moreover, a heat shock is applied to the solidified system to inspect the response of the system, which revealed the thermal properties of the system as well. This study can be considered as a preliminary attempt to investigate the topic of directional solidification in AM process.     «

Additive manufacturing (AM) is an important and rapidly emerging manufacturing technology nowadays. The heat evolution during AM processes is complex and often limited in small areas, of which directional solidification is an integrated part. Although with a much higher cooling rate and temperature gradient, directional solidification is an integrated part of AM, which is the same as in conventional processes like casting. Therefore, improved understanding of the directional solidification of al...     »

Die additive Fertigung (AM) ist heutzutage eine wichtige und sich schnell entwickelnde Fertigungstechnologie. Die Wärmeentwicklung während AM-Prozessen ist komplex und oft auf kleine Bereiche beschränkt, von denen die gerichtete Erstarrung ein integrierter Bestandteil ist. Obwohl mit einer viel höheren Abkühlrate und einem viel höheren Temperaturgradienten, ist die gerichtete Erstarrung ein integrierter Bestandteil von AM, was derselbe ist wie bei herkömmlichen Prozessen wie dem Gießen. Daher ermöglicht uns ein verbessertes Verständnis der gerichteten Erstarrung von Legierungen für AM, neue Legierungen zu entdecken, die für AM geeignet sind. Die Molekulardynamik (MD) hat sich bei der Untersuchung von Keimbildung und Erstarrung als zuverlässig erwiesen. Mithilfe der MD-Simulation kann eine detaillierte nanoskalige Entwicklung von Atomen im System aufgedeckt werden. Die Simulation von Metallen mit MD wurde zuvor in vielen Studien durchgeführt, während die Erstarrung von Legierungen, insbesondere die gerichtete Erstarrung, nicht ausreichend untersucht wurde. Daher werden in dieser Studie MD-Simulationen durchgeführt, um den gerichteten Erstarrungsmechanismus während des AM-Prozesses zu verstehen. Mehrere Legierungssysteme werden unter verschiedenen Aspekten untersucht. Die Durchführbarkeit der Simulation einer AlSi10Mg-Legierung unter Verwendung bestehender Potenziale der modifizierten eingebetteten Atommethode (MEAM) in MD wird diskutiert. Die Temperaturabhängigkeit für die Simulation der gerichteten Erstarrung wird für das Legierungssystem Al - 10\% bei Mg verifiziert. Die gerichtete Erstarrung des 304L-Edelstahls wird erfolgreich mit dem Potenzial der eingebetteten Atommethode (EAM) simuliert, indem ein Temperaturgradient auf ein vollständig geschmolzenes Fe-Cr-Ni-System angewendet wird. In der Simulationsbox wird ein gerichtetes Wachstum der Festphase vom Niedertemperaturbereich zum Hochtemperaturbereich beobachtet. Nach vollständiger Erstarrung wird die Heterogenität der Körner im Endprodukt untersucht. Zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften des erstarrten Systems wurden uniaxiale Zugversuche durchgeführt, in deren Verlauf der durch die Umwandlung induzierte Plastizität (TRIP)-Effekt aufgrund des Auftretens der Phasenänderung (γ → ε → α') bestätigt wird Zugbelastung. Darüber hinaus wird das verfestigte System einem Hitzeschock ausgesetzt, um die Reaktion des Systems zu untersuchen, was auch die thermischen Eigenschaften des Systems offenbart. Diese Studie kann als erster Versuch angesehen werden, das Thema der gerichteten Erstarrung im AM-Prozess zu untersuchen.     «

Die additive Fertigung (AM) ist heutzutage eine wichtige und sich schnell entwickelnde Fertigungstechnologie. Die Wärmeentwicklung während AM-Prozessen ist komplex und oft auf kleine Bereiche beschränkt, von denen die gerichtete Erstarrung ein integrierter Bestandteil ist. Obwohl mit einer viel höheren Abkühlrate und einem viel höheren Temperaturgradienten, ist die gerichtete Erstarrung ein integrierter Bestandteil von AM, was derselbe ist wie bei herkömmlichen Prozessen wie dem Gießen. Daher er...     »