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Leichtbaupotenzial und Defekttoleranz von additiv-gefertigten Werkstoffen und Strukturen

Die additive Fertigung ermöglicht die Herstellung komplexer bionischer Strukturen mit besonderen Mikrostrukturen und Leistungsfähigkeiten und bietet ein hohes Leichtbaupotential. Die Bauteileigenschaften werden maßgeblich von den lokalen Werkstoffeigenschaften bestimmt, die je nach Mikrostruktur und Porosität deutlich variieren können. Der Einfluss von prozessbedingten Porositäten muss verstanden werden, um fertigungsgerechte Werkstoffe mit einer ausreichenden Toleranz gegenüber den inneren Defekten auszuwählen. In Ermüdungsuntersuchungen wurde die Defekttoleranz für verschiedene Werkstoffe (AlSi10Mg, Titanaluminide, 316L) bewertet. Hierbei stieg die Defekttoleranz mit dem spezifischen Elastizitätsmodul an und der PBF-LB gefertigte Stahl 316L wies die höchste Defekttoleranz…

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Die additive Fertigung ermöglicht die Herstellung komplexer bionischer Strukturen mit besonderen Mikrostrukturen und Leistungsfähigkeiten und bietet ein hohes Leichtbaupotential. Die Bauteileigenschaften werden maßgeblich von den lokalen Werkstoffeigenschaften bestimmt, die je nach Mikrostruktur und Porosität deutlich variieren können. Der Einfluss von prozessbedingten Porositäten muss verstanden werden, um fertigungsgerechte Werkstoffe mit einer ausreichenden Toleranz gegenüber den inneren Defekten auszuwählen. In Ermüdungsuntersuchungen wurde die Defekttoleranz für verschiedene Werkstoffe (AlSi10Mg, Titanaluminide, 316L) bewertet. Hierbei stieg die Defekttoleranz mit dem spezifischen Elastizitätsmodul an und der PBF-LB gefertigte Stahl 316L wies die höchste Defekttoleranz auf. Eine direkte Bewertung der Defekttoleranz war mittels bruchmechanischer Konzepte (Murakami, Shiozawa) möglich. Zudem wurde der Einfluss gitterstrukturierter PBF-EB-Bauteile für Inconel 718 untersucht. Das zyklische Verformungs- und Schädigungs­verhalten wurde mittels kontinuierlicher DIC-Messungen und intermittierender CT-Analysen erfasst und strukturelle Schwachstellen identifiziert. Darüber hinaus wurde das Ermüdungsverhalten und die Schädigungsevolution für bionisch-optimierte FCRC-Brackets aus PBF-LB Ti-6Al-4V analysiert. Der Wärmebehandlungseinfluss, die Bauteilgröße und die mechanische Nachbe­handlung wurden bewertet. Eine Sub-Transus-Wärmebehandlung führte in Kombination mit Kugelstrahlen zu besonders hohen Druckeigenspannungen, wodurch die Lebensdauer verbessert werden konnte. Der Vortrag soll einen Überblick über die Wechselwirkungen zwischen Prozess-Struktur-Eigenschaften geben sowie die Einflüsse von Geometrie und Nachbehandlung in diesem Kontext vergleichend bewerten.

Artikelnummer
ADD-2023-304

Titel
Leichtbaupotenzial und Defekttoleranz von additiv-gefertigten Werkstoffen und Strukturen
Autor(en)
M. Zimpel, M. A. Merghany, M. Teschke, J. Tenkamp, S. Stammkötter, F. Walther
DOI
10.48447/ADD-2023-304
Veranstaltung
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
Jahr der Veröffentlichung
2023
Publikationsart
Tagungsmanuskript (PDF)
Sprache
Deutsch
Stichwörter
Powder Bed Fusion,Ermüdungsverhalten,Defekttoleranz,Gitterstrukturen,FCRC-Brackets