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Vortrag

Herausforderungen bei der Zuverlässigkeitsgestaltung von additiv gefertigten Strukturen

Donnerstag (23.05.2019)
10:05 - 10:25 Uhr

Additive Fertigungstechnologien wie das selektive Laserschmelzen (SLM) 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 diese neuen Fertigungstechnologien 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 zu überprüfen und ggf. zu optimieren. Dabei sind die fertigungsspezifischen Einflüsse auf das Bauteilverhalten besonders zu beachten. Eine Investition in die erforderlichen experimentellen und numerischen Untersuchungen lohnt sich, da gerade die additive Fertigung Optionen anbietet, die Mikrostruktur lokal zu beeinflussen, so dass das Bauteilverhalten wesentlich besser an die Betriebsanforderungen angepasst werden kann, als dies mit anderen Fertigungstechnologien möglich ist. Damit die neuen Möglichkeiten auch für sicherheitsrelevante Bauteile ausgenutzt werden können, gilt es die Zuverlässigkeit der additiv gefertigten Produkte von der ersten Idee an zu gestalten. Dabei sind unter anderem die prozessbedingten Einflüsse auf das zyklische Werkstoffverhalten nicht nur zu berücksichtigen, sondern auch im Sinne einer Funktionsoptimierung zu heben. Am Beispiel von additiv gefertigten INCONELL®718 und AlSi10Mg werden prozessbedingte Fertigungseinflüsse mit dem Ziel diskutiert, ein 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. Dabei werden neben den prozessbedingten Einflüssen auch die Betriebsbeanspruchungseinflüsse auf das zyklische Werkstoffverhalten respektive Bauteilverhalten berücksichtigt.

Sprecher/Referent:
Dr. Rainer Wagener
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit
Weitere Autoren/Referenten:
  • Matthias Hell
    Technische Universität Darmstadt
  • Dr. Heinz Kaufmann
    Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit