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Entwicklung und Bewertung additiv aus EN AW-6063 im WAAM-Verfahren gefertigter Hohlstrukturen als funktionsintegrierte Grundkörper für Motorradlenker

Neben Leichtbauaspekten zielt das Forschungsvorhaben Multi-Fun darauf ab, weitere Vorzüge der additiven Fertigung metallischer Strukturen, Multimaterialkombinationen und Funktionsintegration, für die zukünftige Anwendung in Aluminiumbauteilen auszunutzen. In dieser Veröffentlichung wird die Verfahrensentwicklung zum Aufbau der additiv gefertigten Aluminiumstrukturen bis hin zu deren Schwingfestigkeitsbewertung beschrieben. Als Werkstoff dient EN AW-6063 (AlMgSi0,5) Schweißdraht. Dieser wird mittels Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) in einzelnen Schweißbahnen zu einer Hohlstruktur aufgebaut. Fertigungstechnische Herausforderungen wurden in der Prozessentwicklung gelöst, so dass Rohstrukturen für einen Motorradlenker hergestellt werden können. Die untersuchten…

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Neben Leichtbauaspekten zielt das Forschungsvorhaben Multi-Fun darauf ab, weitere Vorzüge der additiven Fertigung metallischer Strukturen, Multimaterialkombinationen und Funktionsintegration, für die zukünftige Anwendung in Aluminiumbauteilen auszunutzen. In dieser Veröffentlichung wird die Verfahrensentwicklung zum Aufbau der additiv gefertigten Aluminiumstrukturen bis hin zu deren Schwingfestigkeitsbewertung beschrieben. Als Werkstoff dient EN AW-6063 (AlMgSi0,5) Schweißdraht. Dieser wird mittels Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) in einzelnen Schweißbahnen zu einer Hohlstruktur aufgebaut. Fertigungstechnische Herausforderungen wurden in der Prozessentwicklung gelöst, so dass Rohstrukturen für einen Motorradlenker hergestellt werden können. Die untersuchten Hohlstrukturen dienen als Grundkörper, die durch Funktionsintegration innenliegende Hydraulikleitungen und in weiteren Prozessschritten auf- und überschweißte Kupferkonduktoren führen. Beide Leitungsarten sind für die Funktionalität des Motorradlenkers erforderlich.

Teilstrukturen aus dem Motorradlenker wurden experimentell im Axial-Biegeversuch unter Zugeschwellbelastung untersucht, um die Schwingfestigkeit der Strukturen im Zustand „wie gefertigt“ zu ermitteln. Für eine Lebensdauerabschätzung am Beispiel dieser WAAM-Aluminiumstruktur wurden Ansätze erprobt, die mit Hilfe von Finite Elemente Modellen und Belastungssimulationen Strukturspannungen verwenden. Gegenüber dem Stand der Technik, bei dem Werkstoffkennwerte für Realgeometriemodelle verwendet werden, bietet gerade für additiv gefertigte Strukturen ein Ansatz basierend auf Repräsentativen Strukturelementen (RSE) in Kombination mit Nominalgeometrien Vorteile hinsichtlich der Rechenzeit und Anwendbarkeit, die Gegenüber der Abschätzungsgüte abzuwägen sind.

Reference
ADD-2023-307

Title
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
DOI
10.48447/ADD-2023-307
Event
DVM-Arbeitskreis Arbeitskreis Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen - Tagung
Year of publication
2023
Publication type
conference paper (PDF)
Language
German
Keywords