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Proben für die Ermittlung von Betriebsfestigkeitskennwerten an WAAM-Werkstoffen

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) weist durch die erreichbaren hohen Festigkeiten ein erkennbares Potential für sicherheitsrelevante Bauteile auf. Für diese ist die Ermüdungsfestigkeit zwingend nachzuweisen. In diesem Beitrag wird daher der rechnerische Betriebsfestigkeitsnachweis für WAAM-Bauteile betrachtet. Um einen solchen durchführen zu können, ist zum einen die Festigkeit des Werkstoffs zu ermitteln, was mit ungekerbten Werkstoffproben erfolgen kann und sich bezüglich der Probengestaltung und -entnahme unwesentlich von nicht-additiv gefertigten Werkstoffen unterscheidet. So wurden von den Autoren beispielsweise Ermüdungsfestigkeiten für ausgewählte WAAM-Werkstoffe aus Stahl ermittelt (s. Wächter et al.:…

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Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) weist durch die erreichbaren hohen Festigkeiten ein erkennbares Potential für sicherheitsrelevante Bauteile auf. Für diese ist die Ermüdungsfestigkeit zwingend nachzuweisen. In diesem Beitrag wird daher der rechnerische Betriebsfestigkeitsnachweis für WAAM-Bauteile betrachtet. Um einen solchen durchführen zu können, ist zum einen die Festigkeit des Werkstoffs zu ermitteln, was mit ungekerbten Werkstoffproben erfolgen kann und sich bezüglich der Probengestaltung und -entnahme unwesentlich von nicht-additiv gefertigten Werkstoffen unterscheidet. So wurden von den Autoren beispielsweise Ermüdungsfestigkeiten für ausgewählte WAAM-Werkstoffe aus Stahl ermittelt (s. Wächter et al.: https://doi.org/10.3390/app10155238).

Andererseits wird für den rechnerischen Betriebsfestigkeitsnachweis auch Kenntnis über Größen wie

  • Kerbempfindlichkeit
  • Mittelspannungsempfindlichkeit
  • Einfluss der WAAM-typischen welligen Oberfläche

benötigt. Hierbei handelt es sich um Bauteileinflüsse, weshalb die Schwingproben zu deren Ableitung die WAAM-typischen Bauteilcharakteristika enthalten muss. Mit der häufig in der Literatur zu findenden spanenden Entnahmen von kleinen Proben aus „WAAM-Blöcken“, wie sie für die Ermittlung der Werkstofffestigkeit angewendet wird, lässt sich dieses Ziel nicht erreichen.

Im vorliegenden Beitrag soll daher auf innovative Fertigungsstrategien für bauteilähnliche WAAM-Proben eingegangen werden. Dabei werden folgende Aspekte anhand einer erfolgreich geprüften Probengeometrie diskutiert:

  • Erforderliche Prüfkraftbereiche für vergleichsweise große WAAM-Proben
  • Möglichkeiten zur Einbringung scharfer Kerbe ohne Stützstrukturen
  • Einstellung möglichst reproduzierbarer Gefüge im Prüfbereich

Reference
ADD-2023-173

Title
Proben für die Ermittlung von Betriebsfestigkeitskennwerten an WAAM-Werkstoffen
Author(s)
M. Wächter, M. Hupka, M. Leicher, K. Treutler, A. Esderts, V. Wesling
DOI
10.48447/ADD-2023-173
Event
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
Year of publication
2023
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords
Betriebsfestigkeit,WAAM,Kerben,additive Fertigung,Oberflächeneinfluss

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Probekörperdesign für die mechanische Charakterisierung der Ermüdungseigenschaften von Gitterstrukturen unter zyklischer Zug-Druck-Belastung
Author(s): M. Greiner, J. Hoffmann, C. Mittelstedt
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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M. Greiner, J. Hoffmann, C. Mittelstedt
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Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen additiv gefertigter Gitterstrukturen auf Basis dreifach periodischer Minimalflächen (TPMS)
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THEORETISCHE UND EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ZUR BESCHREIBUNG DES VERSAGENSVERHALTENS VON ADDITIV GEFERTIGTEN PROBEN AUS ALSI10MG
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THEORETISCHE UND EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ZUR BESCHREIBUNG DES VERSAGENSVERHALTENS VON ADDITIV GEFERTIGTEN PROBEN AUS ALSI10MG
M. Hankele, M. Werz, S. Weihe
10.48447/ADD-2023-312
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
German
AlSi10Mg,Versagensmechanismen,Schädigungsmechanik,LPBF
Price €25.00
Online only
Experimentelle und numerische Untersuchung des Einflusses von Prozessparametern beim LPBF auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von AISI 316L
Author(s): S. Sewalski, M. Käß, M. Werz, S. Weihe
10.48447/ADD-2023-288
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
German
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Experimentelle und numerische Untersuchung des Einflusses von Prozessparametern beim LPBF auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von AISI 316L
Experimentelle und numerische Untersuchung des Einflusses von Prozessparametern beim LPBF auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von AISI 316L
S. Sewalski, M. Käß, M. Werz, S. Weihe
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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Experimentelle und numerische Untersuchung des Einflusses von Prozessparametern beim LPBF auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von AISI 316L
S. Sewalski, M. Käß, M. Werz, S. Weihe
10.48447/ADD-2023-288
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
German
Additive Fertigung,LPBF,Mechanische Eigenschaften,Mikrostruktur,Phasenfeldsimulation
Price €25.00
Online only
STATISTICAL EVALUATION OF CRACK-INITIATING INHOMOGENITIES IN ADDITIVELY MANUFACTURED ALSI10MG SAMPLES UNDER CYCLIC LOADING
Author(s): L. Strauß, N. Kurenbach, S. Lübbecke, M. Moser, V. Nedeljkovic-Groha, G. Löwisch
10.48447/ADD-2022-007
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German
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STATISTICAL EVALUATION OF CRACK-INITIATING INHOMOGENITIES IN ADDITIVELY MANUFACTURED ALSI10MG SAMPLES UNDER CYCLIC LOADING
L. Strauß, N. Kurenbach, S. Lübbecke, M. Moser, V. Nedeljkovic-Groha, G. Löwisch
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German
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10.48447/ADD-2022-007
2022
conference paper (PDF)
German
AlSi10Mg, √𝒂𝒓𝒆𝒂, Kitagawa-Takahashi, PBF-LB, Shiozawa, statistical distribution
Price €25.00
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Entwicklung und Bewertung additiv aus EN AW-6063 im WAAM-Verfahren gefertigter Hohlstrukturen als funktionsintegrierte Grundkörper für Motorradlenker
Author(s): B. Möller, M. Kiel, R. Wagener, E. Taliani, R. Kordaß, M. Schramm, R. Gradinger
10.48447/ADD-2023-307
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2023
conference paper (PDF)
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B. Möller, M. Kiel, R. Wagener, E. Taliani, R. Kordaß, M. Schramm, R. Gradinger
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B. Möller, M. Kiel, R. Wagener, E. Taliani, R. Kordaß, M. Schramm, R. Gradinger
10.48447/ADD-2023-307
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
German
Price €25.00
Online only
Leichtbaupotenzial und Defekttoleranz von additiv-gefertigten Werkstoffen und Strukturen
Author(s): M. Zimpel, M. A. Merghany, M. Teschke, J. Tenkamp, S. Stammkötter, F. Walther
10.48447/ADD-2023-304
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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Leichtbaupotenzial und Defekttoleranz von additiv-gefertigten Werkstoffen und Strukturen
Leichtbaupotenzial und Defekttoleranz von additiv-gefertigten Werkstoffen und Strukturen
M. Zimpel, M. A. Merghany, M. Teschke, J. Tenkamp, S. Stammkötter, F. Walther
10.48447/ADD-2023-304
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
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Price €25.00
Online only
Anrisslebensdauervorhersage additiv gefertigter Proben durch Modellierung verformungsbedingter Zustandsgrößen
Author(s): M. Hofmann, J. Schönherr, M. Klein, M. Oechsner, F. Funcke, M. Kolbinger
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Anrisslebensdauervorhersage additiv gefertigter Proben durch Modellierung verformungsbedingter Zustandsgrößen
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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Konstitutive Materialmodellierung,Ermüdung,Anrisslebensdauer,Potentialsonde
Price €25.00
Online only
Kriechverhalten von mittels Selektiven Laserstrahlschmelzen hergestellten IN738LC: Einfluss der Aufbauorientierung auf Zwillingsbildung
Author(s): S. Megahed, K. M. Krämer, C. Heinze, C. Kontermann, A. Udoh, S. Weihe, M. Oechsner
10.48447/ADD-2023-301
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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Price €25.00
Online only
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10.48447/ADD-2023-BB
M. Eiber, Prof. Dr.-Ing. H. A. Richard
2023
conference proceedings (PDF)
German
additiv gefertigt, Bauteile, Strukturen
Price €90.00
Online only
Charakterisierung von struktur- und ermüdungsseitigen Skalierungseffekten in bionischen AM-Bauteilen
Author(s): M. Zimpel, M. Teschke, J. Tenkamp, F. Walther
10.48447/ADD-2023-303
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
German
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1
Charakterisierung von struktur- und ermüdungsseitigen Skalierungseffekten in bionischen AM-Bauteilen
Charakterisierung von struktur- und ermüdungsseitigen Skalierungseffekten in bionischen AM-Bauteilen
M. Zimpel, M. Teschke, J. Tenkamp, F. Walther
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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M. Zimpel, M. Teschke, J. Tenkamp, F. Walther
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
German
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Price €25.00
Online only
Nachweis der Herstellbarkeit von Bauteilen mittels PBF/L im Hochvakuum
Author(s): J. Weiser, M. Werz, S. Fritz
10.48447/ADD-2023-295
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
German
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Nachweis der Herstellbarkeit von Bauteilen mittels PBF/L im Hochvakuum
Nachweis der Herstellbarkeit von Bauteilen mittels PBF/L im Hochvakuum
J. Weiser, M. Werz, S. Fritz
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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J. Weiser, M. Werz, S. Fritz
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
German
PBF/L,Vakuum,Dichte,Zugfestigkeit
Price €25.00
Online only
Additive Fertigung vs. Guss: Ein Vergleich am Beispiel von Aluminium
Author(s): A. Kern, O. Hemmelmann, U. Jung
10.48447/ADD-2023-302
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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conference paper (PDF)
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Additive Fertigung vs. Guss: Ein Vergleich am Beispiel von Aluminium
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A. Kern, O. Hemmelmann, U. Jung
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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A. Kern, O. Hemmelmann, U. Jung
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
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LPBF,Guss,Aluminium,Schwing-/Festigkeit,Oberflächengüte
Price €25.00
Online only
Bruchauslösende Inhomogenitäten bei PBF-LB AlSi10Mg-Bauteilen: Ermittlung der Rissinitiierungsphase aus dem CT-Scan
Author(s): L. Strauß, G. Löwisch
10.48447/ADD-2023-294
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
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Bruchauslösende Inhomogenitäten bei PBF-LB AlSi10Mg-Bauteilen: Ermittlung der Rissinitiierungsphase aus dem CT-Scan
L. Strauß, G. Löwisch
10.48447/ADD-2023-294
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
German
PBF-LB,AlSi10Mg,Ermüdungsfestigkeit,Rissinitiierung,Computertomographie
Price €25.00
Online only
Entwicklung eines Buildprozessors mit innovativen Aufbaustrategien zur Optimierung der additiven Fertigung im selektiven Laserstrahlverfahren (PBF-LB\M)
Author(s): R. Hofmann, M. Werz, M. Käß
10.48447/ADD-2023-271
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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conference paper (PDF)
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Entwicklung eines Buildprozessors mit innovativen Aufbaustrategien zur Optimierung der additiven Fertigung im selektiven Laserstrahlverfahren (PBF-LB\M)
R. Hofmann, M. Werz, M. Käß
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Entwicklung eines Buildprozessors mit innovativen Aufbaustrategien zur Optimierung der additiven Fertigung im selektiven Laserstrahlverfahren (PBF-LB\M)
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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PBF-LB\M,Buildprozessor,Aufbaustrategien,Scanstrategien,Software
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