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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