In der Produktionstechnik gilt die additive Fertigung metallischer Strukturen als hochflexible und innovative Methode, die den Weg zu neuen Designans\u00e4tzen \u00f6ffnet. Allerdings kann das Verfahren bisher f\u00fcr zyklisch belastete Bauteile und Verbindungen wegen fehlender Auslegungsstandards kaum genutzt werden. Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Betriebsfestigkeit und Systemzuverl\u00e4ssigkeit LBF widmet sich daher in mehreren Forschungsprojekten dem Selektiven Laserschmelzen (SLM), um diese L\u00fccke zu f\u00fcllen. Die Ergebnisse pr\u00e4sentiert das Fraunhofer LBF auf der DVM Tagung \u201eAdditiv gefertigte Bauteile und Strukturen\u201c in Berlin vom 07. bis 08. November 2018.<\/p>\n
Bei der Herstellung additiv gefertigter Bauteile mit Hilfe des Selektiven Laserschmelzens wirken sich die Parameter des Prozesses auf den damit erzeugten Werkstoff aus. Das kann zum Beispiel die Pulverherstellung oder die Belichtungsstrategie beim Aufschmelzen des Pulvers betreffen. Aktuell besch\u00e4ftigt sich das Fraunhofer LBF mit Fragestellungen rund um die Auswirkungen und die Beeinflussung des zyklischen Werkstoffverhaltens durch Parameter des Selektiven Laserschmelzens sowie deren Ber\u00fccksichtigung im Rahmen einer numerischen Beanspruchungsanalyse zur Absch\u00e4tzung der Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Bauteilen.<\/p>\n
Erste Versuchsergebnisse an Proben mit polierter und im Fertigungszustand belassener Oberfl\u00e4che gaben den Darmst\u00e4dter Wissenschaftlern Aufschluss \u00fcber die komplexen Auswirkungen des Selektiven Laserschmelzens auf die Werkstoff- und Bauteileigenschaften. Erwartungsgem\u00e4\u00df hat die Oberfl\u00e4cheng\u00fcte einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer. Die raue, additiv gefertigte Oberfl\u00e4che stellt einen potentiellen Versagensort unter zyklischer Beanspruchung dar, insbesondere wenn verfahrensbedingte St\u00fctzstrukturen zur Fertigung \u00fcberh\u00e4ngender Bauteilgeometrien erforderlich sind. Neben der Bauteiloberfl\u00e4che zeigen sich innere Unregelm\u00e4\u00dfigkeiten wie Poren nicht nur im Kernwerkstoff als versagensrelevant, sondern vermehrt im Randbereich von additiv gefertigten Strukturen.<\/p>\n
Die Versuchsergebnisse des Fraunhofer LBF unterstreichen, dass sich die Beanspruchungsh\u00f6he und die Baurichtung auf die zyklische Streckgrenze der additiv gefertigten Aluminiumlegierung AlSi10Mg auswirken. Es zeigt sich eine Richtungsabh\u00e4ngigkeit dieser Eigenschaft, die sich jedoch durch eine gef\u00fchrte W\u00e4rmebehandlung kompensieren l\u00e4sst.<\/p>\n
Neue Bewertungsmethodik f\u00fcr die additive Fertigung
\nAufbauend auf den experimentellen Erkenntnissen unternahm das Fraunhofer LBF erste konzeptionelle Schritte zur Optimierung eines Bemessungskonzeptes f\u00fcr zyklisch beanspruchte Bauteile und Strukturen, um deren spezifische Werkstoffeigenschaften bewerten und zutreffend beschreiben zu k\u00f6nnen. Dabei ber\u00fccksichtigen die Darmst\u00e4dter Wissenschaftler ma\u00dfgebliche Einflussgr\u00f6\u00dfen, wie innere Unregelm\u00e4\u00dfigkeiten, die Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit, die Anisotropie der Mikrostruktur oder Eigenspannungszust\u00e4nde, die sich auf die mechanischen und geometrischen Eigenschaften auswirken. Dabei gehen sie von bestehenden Bemessungsmethoden f\u00fcr metallische Bauteile aus, die bei den klassischen Fertigungsverfahren Gie\u00dfen und Schwei\u00dfen Anwendung finden, und diskutieren deren \u00dcbertragbarkeit auf additiv gefertigte Strukturen.<\/p>\n
Im n\u00e4chsten Schritt wollen die Forscher des Verbundprojektes VariKa (Vernetztes Produkt- und Produktions-Engineering am Beispiel variantenreicher, ultraleichter, metallischer Fahrzeugkarosserien) an einem variablen Batterietr\u00e4ger f\u00fcr Elektrofahrzeuge die Anwendbarkeit der gewonnenen Erkenntnisse demonstrieren. Das F\u00f6rderprojekt ist Teil des Technologieprogramms \u00bbDigitale Technologien f\u00fcr die Wirtschaft (PAiCE)\u00ab, das vom Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Energie (BMWi) gef\u00f6rdert wird. Ziel dieses Projektes ist es, das Potenzial der additiven Fertigung, insbesondere des Selektiven Laserschmelzens (SLM) der Aluminiumlegierung AlSi10Mg, durch Quantifizieren der Schwingfestigkeit in Strukturbauteilen nachzuweisen.
\nWissenschaftler des Fraunhofer LBF bei Versuchen zur Charakterisierung des bauteilgebundenen Werkstoffverhaltens additiv gefertigter Strukturen.<\/p>\n
Das Fraunhofer LBF in Darmstadt steht seit 80 Jahren f\u00fcr Sicherheit und Zuverl\u00e4ssigkeit von Leichtbaustrukturen. Mit seinen Kompetenzen auf den Gebieten Betriebsfestigkeit, Systemzuverl\u00e4ssigkeit, Schwingungstechnik und Polymertechnik bietet das Institut heute L\u00f6sungen f\u00fcr drei der wichtigsten Querschnittsthemen der Zukunft: Systemleichtbau, Funktionsintegration und cyberphysische maschinenbauliche Systeme. Im Fokus stehen dabei L\u00f6sungen f\u00fcr gesellschaftliche Herausforderungen wie Ressourceneffizienz und Emissionsreduktion sowie Future Mobility, wie die Elektromobilit\u00e4t und das autonome, vernetzte Fahren. Umfassende Kompetenzen von der Datenerfassung realen betrieblichen Feldeinsatz \u00fcber die Datenanalyse und die Dateninterpretation bis hin zur Ableitung von konkreten Ma\u00dfnahmen zur Auslegung und Verbesserung von Material-, Bauteil- und Systemeigenschaften bilden daf\u00fcr die Grundlage. Die Auftraggeber kommen u.a. aus dem Automobil- und Nutzfahrzeugbau, der Schienenverkehrstechnik, dem Schiffbau, der Luftfahrt, dem Maschinen- und Anlagenbau, der Energietechnik, der Elektrotechnik, der Medizintechnik sowie der chemischen Industrie. Sie profitieren von ausgewiesener Expertise der \u00fcber 400 Mitarbeiter und modernster Technologie auf mehr als 11 560 Quadratmetern Labor- und Versuchsfl\u00e4che.<\/p>\n
Quelle: Fraunhofer LBF<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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