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Bruchmechanische Lebensdauer-Prognose für additive gefertigte Aluminium Komponenten

Additive Fertigungsverfahren, wie das Metall-Laserstrahlschmelzen (kurz: LPBF), ermöglichen die Konstruktion und Herstellung metallischer Bauteile mit komplexer bionischer Struktur und Gestalt. Hierbei ist allerdings mit Einschränkungen bei der Nachbehandlung additiv gefertigter Bauteile zu rechnen. So können die Oberflächen mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht mehr nachgearbeitet werden. Die daraus resultierenden „as-built“-Oberflächen liefern in Kombination mit den durch das Fertigungsverfahren in die Randschicht eingebrachten Defekten, wie Gasporen oder nicht aufgeschmolzenem Pulver, die häufigsten Versagensursachen. Für einen Einsatz additiv gefertigter Bauteile als tragende Strukturen zum Beispiel im Automobilbau ist es daher entscheidend, die Auswirkung der…

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Additive Fertigungsverfahren, wie das Metall-Laserstrahlschmelzen (kurz: LPBF), ermöglichen die Konstruktion und Herstellung metallischer Bauteile mit komplexer bionischer Struktur und Gestalt. Hierbei ist allerdings mit Einschränkungen bei der Nachbehandlung additiv gefertigter Bauteile zu rechnen. So können die Oberflächen mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht mehr nachgearbeitet werden. Die daraus resultierenden „as-built“-Oberflächen liefern in Kombination mit den durch das Fertigungsverfahren in die Randschicht eingebrachten Defekten, wie Gasporen oder nicht aufgeschmolzenem Pulver, die häufigsten Versagensursachen. Für einen Einsatz additiv gefertigter Bauteile als tragende Strukturen zum Beispiel im Automobilbau ist es daher entscheidend, die Auswirkung der „as-built“-Oberflächen und Defekte auf die Lebensdauer der Bauteile bewerten zu können. Im vorliegenden Beitrag wird ein neues, auf einem Kurzrissmodell basierendes, bruchmechanisches Bewertungskonzept für additiv gefertigte Bauteile vorgestellt.

Konkret soll der Beitrag/Vortrag die folgenden Themen behandeln:

  • Vorstellung eines bruchmechanischen Bewertungskonzepts zur Lebensdauer-Prognose additiv gefertigter Komponenten
  • Berücksichtigung von Oberflächenrauheit und Defektgrößen- sowie räumlicher Verteilung
  • Experimentelle Untersuchung von Oberflächen, Defekten und Bruchflächen unter anderem anhand zahlreicher µCT-Aufnahmen
  • Experimentelle Ermittlung des Rissfortschrittsverhaltens
  • Ableitung erforderlicher Eingabegrößen für das bruchmechanische Bewertungskonzept
  • Bewertung der Treffsicherheit im LCF- und HCF-Bereich mit additiv gefertigten zylindrischen Schwingproben

Reference
BR-2023-007

Title
Bruchmechanische Lebensdauer-Prognose für additive gefertigte Aluminium Komponenten
Author(s)
A. Kern, S. Wörner, H. T. Beier, U. Jung
DOI
10.48447/BR-2023-007
Event
55th Conference of the Working Group on Fracture Mechanics and Structural Safety
Year of publication
2023
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
Bruchmechanik,LPBF,AlSi10Mg,Defekte,Oberfläche