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Steigerung der Ermüdungsfestigkeit von AM-Bauteilen durch mechanische Oberflächenbehandlung

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Produktdetails
Beschreibung

Die additive Fertigung (AM) bietet vielfältige Möglichkeiten zur Herstellung komplexer Bauteile. Eine zentrale Herausforderung ist die Optimierung der mechanischen Eigenschaften der Randschicht, um den Anforderungen – insbesondere bzgl. der Ermüdungsfestigkeit – in strukturellen Anwendungen gerecht zu werden. Die Oberfläche von AM-Bauteilen weist im Ausgangszustand „as printed“ meist hohe Rauheit, signifikante Zugeigenspannungen sowie erhöhte Porosität und Defektdichte auf. Zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit bieten mechanische Oberflächenbehandlungsverfahren (MOB) wie Festwalzen, Glätten und Kugelstrahlen großes Potenzial. Diese Verfahren sind bei konventionell gefertigten Bauteilen etabliert, doch für AM-Materialien mit unterschiedlichen Prozess- und Werkstoffvarianten fehlen belastbare Studien. Im IGF-Projekt 22833N „AM Oberfläche“ werden MOB-Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften additiv gefertigter Werkstoffe AlSi10Mg (aluminiumbasiert) und Edelstahl 316L untersucht. Neben experimentellen Untersuchungen zur Charakterisierung der Randschicht und Ermüdungsfestigkeit wird der MOB-Prozess mittels Finite-Elemente-Simulation modelliert, um Prozessparameter numerisch zu optimieren (Abb. 1 links). Ein dehnratenabhängiges elastisch-viskoplastisches Materialmodell mit isotroper und kinematischer Verfestigung beschreibt das Materialverhalten während Kugelstrahl- und Festwalzprozess. Durch Schwingfestigkeitsuntersuchungen (Abb. 1 rechts) kann eine signifikante Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit bei Anwendung optimierter MOB-Parameter nachgewiesen werden. Diese Erkenntnisse werden auf komplexe Demonstratorbauteile (Abb. 2) übertragen.

Artikelnummer: ADD-2025-678

Titel: Steigerung der Ermüdungsfestigkeit von AM-Bauteilen durch mechanische Oberflächenbehandlung
Autor(en): F. Keil, J. Schubnell, J. Radners, A. Heiß, S. Fliegener, O. Maiß
DOI: 10.48447/ADD-2025-678
Veranstaltung: DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung 2025
Jahr der Veröffentlichung: 2025
Publikationsart: Tagungsmanuskript (PDF)
Sprache: Deutsch
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Autor(en): X. Wang, M. Braun, J. Schubnell

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