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

Skalenübergreifende Modellierung und Charakterisierung additiv gefertigter Gitterstrukturen für eine effektive Strukturauslegung

Freitag (20.09.2019)
10:00 - 10:30 Uhr Sachs Saal

Motiviert durch die Potentiale generativer Technologien im Hinblick auf flexible Fertigungsprozesse und leichtbaugerechte Konstruktion haben sich additive Fertigungsverfahren aus dem Bereich des Rapid Prototyping und Rapid Tooling hin zu serienfähigen Technologien im Sinne des Direct Manufacturing entwickelt. Als ein Vertreter generativer Verfahren ermöglicht das Selektive Laserstrahlschmelzen (SLM) die Herstellung maßgeschneiderter Strukturen aus Metallpulvern, was unter Verwendung von AlSi10Mg als Basiswerkstoff in der Umsetzung als metallische Gitterstruktur zu großen Potentialen bei der Entwicklung leichter und hochbelastbarer Bauteile führt. Ein mehrskaliger Modellierungs- und Charakterisierungsansatz vom additiv gefertigten Basismaterial über die Modellierung einer Einheitszelle bis hin zu vergleichenden virtuellen und realen Experimenten unter Berücksichtigung der Prozesseinflüsse ermöglicht die effiziente Strukturauslegung derart gefertigter metallischer Gitterstrukturen. Dazu werden Zugversuche am Basismaterial, welche die Ableitung von Werkstoffkennwerten zur Materialmodellbildung zulassen, durchgeführt und den Literaturwerten von monolithischem AlSi10Mg gegenüber gestellt. Eine Analyse der Bruchflächen und Mikrostruktur gibt Aufschluss über prozessbedingte Mikrostruktureigenschaften. Auch makroskopisch beeinflusst der Fertigungsprozess die Struktureigenschaften. So werden Porositäten im Material quantifiziert und mittels eines entsprechenden Schädigungsmodells zu berücksichtigt. Die Berücksichtigung abweichender Geometrien erfolgt durch eine Anpassung des virtuellen Modells. Neben einer detaillierten Modellierung der Probekörper werden die prozessbedingten mikroskopischen und makroskopischen Einflüsse zusätzlich anhand einer Einheitszelle modelliert und effektive Materialkennwerte für die Strukturauslegung additiv gefertigter metallischer Gitterstrukturen abgeleitet. Zur Validierung der Untersuchungen erfolgt die Gegenüberstellung der virtuellen Versuche und realen Experimente an Schub-, Druck-, Zug- und Torsionsprüfkörpern.

Sprecher/Referent:
Dr. Matthias Berner
Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Markus Kästner
    TU Dresden
  • Dr. Julia Hufenbach
    Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung
  • Ulrike Gebhardt
    TU Dresden
  • Sebastian Holzhausen
    TU Dresden
  • Dr. Uta Kühn
    Leibnitz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung