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Charakterisierung von struktur- und ermüdungsseitigen Skalierungseffekten in bionischen AM-Bauteilen

Die additive Fertigung bietet die Möglichkeit, Strukturen und Bauteile nach neuen Designkriterien zu gestalten und somit neue Funktionalitäten im Sinne des Leichtbaus zu integrieren. Die Qualifizierung ist besonders kostenintensiv, so dass sich die Frage nach ressourceneffizienten Prüfstrategien auf Basis runterskalierter Bauteile mit vergleichbaren geometrischen und (mikro)strukturellen Merkmalen stellt. Für die Reproduzierbarkeit und Übertragbarkeit von Untersuchungen müssen Skalierungseffekte (SE) hinsichtlich Mikrostruktur, Porosität, Defekte und mechanischer Leistungsfähigkeit betrachtet werden.

Es wurden FCRC-Brackets aus dem Flugzeugsektor ganzheitlich hinsichtlich Ausgangsgefüge, Wärmebehandlungseinfluss und Ermüdungsverhalten evaluiert. Anhand von Bauteilproben…
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Die additive Fertigung bietet die Möglichkeit, Strukturen und Bauteile nach neuen Designkriterien zu gestalten und somit neue Funktionalitäten im Sinne des Leichtbaus zu integrieren. Die Qualifizierung ist besonders kostenintensiv, so dass sich die Frage nach ressourceneffizienten Prüfstrategien auf Basis runterskalierter Bauteile mit vergleichbaren geometrischen und (mikro)strukturellen Merkmalen stellt. Für die Reproduzierbarkeit und Übertragbarkeit von Untersuchungen müssen Skalierungseffekte (SE) hinsichtlich Mikrostruktur, Porosität, Defekte und mechanischer Leistungsfähigkeit betrachtet werden.

Es wurden FCRC-Brackets aus dem Flugzeugsektor ganzheitlich hinsichtlich Ausgangsgefüge, Wärmebehandlungseinfluss und Ermüdungsverhalten evaluiert. Anhand von Bauteilproben verschiedener Skalierungen (Abb. 1a) von 100% bis 25% wurden prozess- und postprozessseitige SE auf die o.g. Aspekte hin bewertet und das Schädigungsverhalten mittels REM vergleichend analysiert. Ferner wurden zielorientierte Wärmebehandlungen von Ti-6Al-4V, der Einfluss der Mikrostruktur auf das Ermüdungsverhalten von FCRC-Brackets beschrieben. Das zyklische Verformungs- und Schädigungsverhalten wurde kontinuierlich mittels thermografischer Methoden (Abb. 1a) erfasst und betriebsrelevante Belastungsbedingungen berücksichtigt. Fraktografische Analysen wurden zur Ermittlung des Schädigungsverhaltens und zur Ermittlung des Spannungsintensitätsfaktors am bruchauslösenden Defekt nach Murakami (Öarea-Konzept) genutzt. Durch Vergleich der Bauteil-Wöhler-Kurven (Abb. 1b) und der Bauteil-Shiozawa-Kurven ließen sich die SE ermitteln und separieren, um letztendlich die Nutzung miniaturisierter Bauteilproben zur ressourceneffizienten Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens bewerten zu können.

Artikelnummer
ADD-2023-303

Titel
Charakterisierung von struktur- und ermüdungsseitigen Skalierungseffekten in bionischen AM-Bauteilen
Autor(en)
M. Zimpel, M. Teschke, J. Tenkamp, F. Walther
DOI
10.48447/ADD-2023-303
Veranstaltung
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
Jahr der Veröffentlichung
2023
Publikationsart
Tagungsmanuskript (PDF)
Sprache
Deutsch
Stichwörter
Ti-6Al-4V,FCRC-Brackets,Bauteilprüfung,Ermüdungsverhalten,Bruchmechanik