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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Betriebsfestigkeit additiv gefertigter Bauteile

Thursday (19.09.2019)
14:30 - 15:00 Uhr Petersburg
Bestandteil von:


Additive Fertigungstechnologien eröffnen neue Möglichkeiten bei der Formgebung auch von metallischen Bauteilen. Damit der Schritt vom Prototypenbau zur Serienfertigung von zyklisch beanspruchten Bauteilen und Systemen vollzogen werden kann, müssen die bestehenden Auslegungsphilosophien hinsichtlich der Anwendbarkeit auf die additive Fertigung überprüft werden. Aufgrund der kurzen und rein virtuellen Prozesskette vom ersten rechnergestützten Entwurf bis zum gedruckten Bauteil werden Methoden benötigt, die eine Bewertung, z.B. hinsichtlich Betriebsfestigkeit, ermöglichen, ohne auf Bauteilversuche zurückgreifen zu müssen. In der Betriebsfestigkeit sind entsprechenden Methoden seit Jahren für subtraktiv gefertigte Bauteile und Strukturen erprobt. Diese gilt es hinsichtlich der Anwendbarkeit und Aussagefähigkeit für additiv gefertigte Strukturen in Abhängigkeit von fertigungsspezifischen Einflüssen zu überprüfen und ggf. zu optimieren.

In diesem Kontext wurde das BMBF-Projekt BadgeB – Betriebsfestigkeit additiv gefertigter Bauteile initiiert. In diesem Verbundvorhaben werden systematisch die Korrelationen zwischen der spezifischen Werkstoffmikrostruktur mit den daraus resultierenden mechanisch technologischen Eigenschaften unter zyklischer Belastung und der Prozessführung untersucht. Dieses erfolgt am Beispiel des Selektiven Laserschmelzens (SLM) für die drei Werkstoffsysteme Inconel, Aluminium und hybride Werkstoffe (Metall/Kunststoff). Dabei wird auf Parameter wie Oxidierung und Feuchteaufnahme des Pulvers, Bauteilausrichtung, Belichtungsstrategie und Laserstrahl-Parameter und die daraus resultierende Oberfläche, Mikrostruktur und Eigenspannungen fokussiert. Anhand von Kleinstproben werden für diese Parameter die zyklischen Werkstoffkennwerte ermittelt und mittels des örtlichen Konzeptes auf Bauteile übertragen. Nach Verifizierung über vereinfachte Bauteile wird das so abgeleitete Bemessungskonzept in ein SLM-gerechtes Design mit Topologieoptimierung nach bionischen Prinzipien eingebunden.

Im Rahmen dieses Beitrags werden erste Ergebnisse aus dem Projekt BadgeB präsentiert. Am Beispiel von additiv gefertigten INCONELL®718 und AlSi10Mg werden prozessbedingte Fertigungseinflüsse mit dem Ziel diskutiert, ein AM-gerechtes Bemessungskonzept abzuleiten. Dieses bildet ausgehend von den lokalen Werkstoffeigenschaften, die mit Hilfe von Strukturelementen abgebildet werden, das bauteilgebundene Werkstoffverhalten ab und ermöglicht eine lokale Lebensdauerbewertung.

Sprecher/Referent:
Matilde Scurria
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Rainer Wagener
    Fraunhofer LBF
  • Prof. Dr. Thilo Bein
    Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit