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Doktoratsstelle – Untersuchung von Methoden zur Modifikation von Eigenspannungen im additiven Fertigungsprozess 100 %

Werden Sie Teil unseres Teams und forschen Sie mit uns an innovativen Methoden zur Lösung mechanischer Problemstellungen in der additiven Fertigung funktionaler, metallischer Bauteile.

Departement: School of Engineering
Arbeitsbeginn: 01.03.2023 (oder nach Absprache)

Ihre Aufgaben

Die additive Fertigung von Metallen schreitet als Technologie rasch voran und bietet ein grosses Potential zur Fertigung komplex geformter und hochindividualisierter Strukturen. Der fokussierte Energieeintrag führt dabei im PBF-LB/M Prozess zu extremen Temperaturgradienten und in der Folge zu hohen Eigenspannungen. Diese können sich in den Bauteilen entweder als Verzüge und Variation mechanischer Eigenschaften äussern oder sogar zu Rissbildung führen, was ihren Einsatz als funktionale, formgenaue und/oder mechanisch belastbare Strukturen erschwert. 

Ziel des Doktorats ist die Untersuchung von Methoden zur Modifikation von Eigenspannungen im PBF-LB/M Prozess. Der Fokus liegt dabei zum einen auf der Weiterentwicklung und Kalibrierung von FEM basierten Prozess-simulationsmodellen und zum anderen auf der Entwicklung und Durchführung von in-situ Experimenten in unserer PBF-LB/M Anlage (Aconity3D MIDI). Begleitend dazu ist geplant, eine gezielte mechanische und materialwissenschaftliche Charakterisierung durchzuführen, um die Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehung zu untersuchen. Der Einsatz moderner Simulationsverfahren soll in Kombination mit sorgfältigen Experimenten ein besseres Verständnis für die Entstehung und Vermeidung von Eigenspannungen in mittels PBF-LB/M gefertigten, metallischen Strukturen ermöglichen. 

Die Doktoratsstelle für junge Wissenschaftler:innen wird von der ZHAW für 4 Jahre nach SNF Standards finanziert und formal durch Prof. Dr.-Ing. Matthias Oechsner an der TU Darmstadt betreut. Der hauptsächliche Arbeitsort ist Winterthur, Schweiz. Eine Bereitschaft für regelmässige Reisen nach Darmstadt wird vorausgesetzt. 
Ihre Aufgaben beinhalten: 

  • Forschungs- und Entwicklungstätigkeit im Bereich thermo-mechanischer Prozesssimulation für den PBF-LB/M Prozess 
  • Entwicklung neuartiger in-situ Experimente für den PBF-LB/M Prozess zur Charakterisierung des Prozesses sowie zur Kalibrierung von Prozesssimulationsmodellen 
  • Planung und Durchführung von Experimenten sowie Fertigung von Proben in unserer PBF-LB/M Anlage 
  • Initiierung und Organisation, Mitwirkung an und Auswertung von mechanischen und materialwissenschaftlichen Untersuchungen 
  • Mitbetreuung unserer PBF-LB/M Anlage im Rahmen von angewandten Forschungs- und Entwicklungsprojekten 
  • Kommunikation von Forschungsresultaten mit Publikationen in Fachjournals (peer-reviewed) und Vorträgen an Fachkonferenzen 
  • Bereitschaft zur Zusammenarbeit in einem interdisziplinären Team, zur Unterstützung von Mitarbeitern und Studierenden

Ihr Profil

  • Sie verfügen über einen universitären Hochschulabschluss (ETH/TU) auf Stufe Master im Bereich Maschinenbau oder Materialwissenschaften mit starkem Background in Mechanik, Materialwissenschaften und Fertigungstechnologie
  • Sie besitzen bereits erste Erfahrungen mit FE Simulation (Abaqus) und wissenschaftlicher Programmierung (Python, Matlab)
  • Sie verfügen über erste Erfahrungen mit additiver Fertigung (idealerweise PBF-LB/M) und experimenteller Arbeit (idealerweise mit mechanischer und/oder materialwissenschaftlicher Charakterisierung)
  • Die wissenschaftliche Arbeit in einem interdisziplinären Umfeld und das kreative Lösen herausfordernder Problemstellungen fasziniert Sie
  • Sie sind in hohem Masse motiviert, selbstständig und engagiert 
  • Sie sind eine reflektierte, kritikfähige, kommunikative und teamorientierte Persönlichkeit
  • Deutsch ist Ihre Arbeitssprache und Sie können sich schriftlich und mündlich sicher in englischer Sprache ausdrücken

Dafür stehen wir

Die ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ist mit über 14'000 Studierenden und rund 3'400 Mitarbeitenden eine der grössten Mehrsparten-Fachhochschulen der Schweiz.

Die School of Engineering (SoE) setzt als eine der führenden technischen Bildungs- und Forschungsinstitutionen in der Schweiz auf zukunftsrelevante Themen. 14 Institute und Zentren garantieren eine qualitativ hochstehende Ausbildung und Forschung & Entwicklung mit Schwerpunkt in den Bereichen Energie, Mobilität, Information und Gesundheit.

Mechanisch hochbeanspruchte Strukturen stehen im Institut für Mechanische Systeme (IMES) im Zentrum der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. Sei es als leichte und optimierte Baugruppe im Fahrzeugbau oder der allgemeinen Maschinenindustrie, als Muskeln, Sehnen und Knochen des menschlichen Körpers, oder in Form von additiv gefertigten Maschinenteilen. Unsere Erfahrung und Expertise gliedert sich in drei Forschungsschwerpunkte: Biomechanical Engineering, Light Weight Design und Mechanics for Modelling.

Der Schwerpunkt Mechanics for Modelling fokussiert sich auf analytische, numerische und experimentelle Methoden zur mechanischen Modellierung von Materialien, Systemen und Prozessen. Wir nutzen detaillierte Simulationen, realitätsnahe Experimente und datenbasierte Methoden, um mechanische Fragestellungen im Rahmen der industriellen Digitalisierung zu beantworten. Unsere Kernkompetenz liegt dabei in der Materialmodellierung, der nicht-linearen FEM Simulation und der experimentellen Mechanik. Die thermo-mechanische Prozesssimulation und die Entwicklung experimenteller Methoden im Bereich der additiven Fertigung von Metallen stellt einen wichtigen Forschungsschwerpunkt dar.

Das dürfen Sie erwarten

Wir bieten hochschulgerechte Arbeits- und Anstellungsbedingungen und fördern aktiv die Personalentwicklung unserer Mitarbeitenden und Führungspersonen. Eine detaillierte Beschreibung der Vorteile finden Sie auf der Seite «Arbeiten an der ZHAW». Hier die wichtigsten Eckpunkte:

Ihr Kontakt

Prof. Dr. Thomas Mayer
Dozent mit Teamführung

+41 (0) 58 934 47 31
thomas.mayer@zhaw.ch

Jocelyn Schaad
Recruiting Managerin

jocelyn.schaad@zhaw.ch

2022-12-13
Befristet
ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Winterthur Region Winterthur/Schaffhausen 8401