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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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Author(s): A. Kern, O. Hemmelmann, U. Jung
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Charakterisierung von struktur- und ermüdungsseitigen Skalierungseffekten in bionischen AM-Bauteilen
Author(s): 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
PBF/L,Vakuum,Dichte,Zugfestigkeit
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
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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Kriechverhalten von mittels Selektiven Laserstrahlschmelzen hergestellten IN738LC: Einfluss der Aufbauorientierung auf Zwillingsbildung
S. Megahed, K. M. Krämer, C. Heinze, C. Kontermann, A. Udoh, S. Weihe, M. Oechsner
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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conference paper (PDF)
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Selektives Laserstrahlschmelzen,IN738LC,Aufbaurichtung,Kriecheigenschaften,Mikrostruktur
Price €25.00
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THEORETISCHE UND EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ZUR BESCHREIBUNG DES VERSAGENSVERHALTENS VON ADDITIV GEFERTIGTEN PROBEN AUS ALSI10MG
Author(s): M. Hankele, M. Werz, S. Weihe
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THEORETISCHE UND EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ZUR BESCHREIBUNG DES VERSAGENSVERHALTENS VON ADDITIV GEFERTIGTEN PROBEN AUS ALSI10MG
M. Hankele, M. Werz, S. Weihe
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
German
AlSi10Mg,Versagensmechanismen,Schädigungsmechanik,LPBF
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
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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
10.48447/ADD-2022-007
2022
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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
10.48447/ADD-2022-007
2022
conference paper (PDF)
German
AlSi10Mg, √𝒂𝒓𝒆𝒂, Kitagawa-Takahashi, PBF-LB, Shiozawa, statistical distribution
Price €25.00
Online only
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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Entwicklung und Bewertung additiv aus EN AW-6063 im WAAM-Verfahren gefertigter Hohlstrukturen als funktionsintegrierte Grundkörper für Motorradlenker
Entwicklung und Bewertung additiv aus EN AW-6063 im WAAM-Verfahren gefertigter Hohlstrukturen als funktionsintegrierte Grundkörper für Motorradlenker
B. Möller, M. Kiel, R. Wagener, E. Taliani, R. Kordaß, M. Schramm, R. Gradinger
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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10.48447/ADD-2023-307
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
German
Price €25.00
Online only
8. Tagung des DVM-Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen
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Editor(s): M. Eiber, Prof. Dr.-Ing. H. A. Richard
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8. Tagung des DVM-Arbeitskreises Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen
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conference proceedings (PDF)
German
additiv gefertigt, Bauteile, Strukturen
Price €90.00
Online only
Anrisslebensdauervorhersage additiv gefertigter Proben durch Modellierung verformungsbedingter Zustandsgrößen
Author(s): M. Hofmann, J. Schönherr, M. Klein, M. Oechsner, F. Funcke, M. Kolbinger
10.48447/ADD-2023-287
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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Anrisslebensdauervorhersage additiv gefertigter Proben durch Modellierung verformungsbedingter Zustandsgrößen
Anrisslebensdauervorhersage additiv gefertigter Proben durch Modellierung verformungsbedingter Zustandsgrößen
M. Hofmann, J. Schönherr, M. Klein, M. Oechsner, F. Funcke, M. Kolbinger
10.48447/ADD-2023-287
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
Konstitutive Materialmodellierung,Ermüdung,Anrisslebensdauer,Potentialsonde
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
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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
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Author(s): R. Hofmann, M. Werz, M. Käß
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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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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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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conference paper (PDF)
German
PBF-LB\M,Buildprozessor,Aufbaustrategien,Scanstrategien,Software
Price €25.00
Online only
Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen additiv gefertigter Gitterstrukturen auf Basis dreifach periodischer Minimalflächen (TPMS)
Author(s): F. Günther, M. Wagner, S. Pilz, A. Gebert, F. Hirsch, M. Kästner, M. Zimmermann
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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conference paper (PDF)
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F. Günther, M. Wagner, S. Pilz, A. Gebert, F. Hirsch, M. Kästner, M. Zimmermann
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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Probekörperdesign für die mechanische Charakterisierung der Ermüdungseigenschaften von Gitterstrukturen unter zyklischer Zug-Druck-Belastung
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M. Greiner, J. Hoffmann, C. Mittelstedt
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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Additive Fertigung,Gitterstrukturen,Ermüdungsverhalten,Probekörperdesign,Topologieoptimierung
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Author(s): S. Sewalski, M. Käß, M. Werz, S. Weihe
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S. Sewalski, M. Käß, M. Werz, S. Weihe
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
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Additive Fertigung,LPBF,Mechanische Eigenschaften,Mikrostruktur,Phasenfeldsimulation
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Leichtbaupotenzial und Defekttoleranz von additiv-gefertigten Werkstoffen und Strukturen
Author(s): M. Zimpel, M. A. Merghany, M. Teschke, J. Tenkamp, S. Stammkötter, F. Walther
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
2023
conference paper (PDF)
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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
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DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
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German
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