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Vortrag

WEB Fertigungsgetriebene Gestaltung zellulärer Strukturen beim Laserstrahlschmelzen

Mittwoch (13.05.2020)
16:20 - 16:35 Uhr Raum 2
Bestandteil von:


Das Laserstrahlschmelzen bietet technologische Vorteile beim Fertigen individualisierter und komplexer Bauteile. Zelluläre Strukturen mit periodischer Mesostruktur [1] sind mit anderen Fertigungsverfahren kaum herstellbar und eignen sich daher in besonderer Weise für die Fertigung mittels Laserstrahlschmelzen [4]. Dabei gibt es mehrere technologische Herausforderungen. Dies umfasst die Interaktion zwischen Laser und Pulver, das prozessabhängige Schmelzbadverhalten sowie dessen Einfluss auf die resultierende Qualität des Bauteils und die zuverlässige Vorhersage der mechanischen Eigenschaften mit geeigneten Modellierungsansätzen. Die Prozessparameter bestimmen die Breite des Schmelzbads und damit die Strebendicke einer zellulären Struktur. Entsprechend definieren sie auch das Verhältnis zwischen Strebendicke und Zellweite – einer charakteristischen Größe die über ein Skalierungsgesetz direkt mit den resultierenden mechanischen Eigenschaften korreliert [1].

 

Der vorliegende Beitrag liefert ein Konzept zur fertigungsgetriebenen Gestaltung zellulärer Strukturen beim Laserstrahlschmelzen. Zunächst wird mit einem Homogenisierungsansatz ein analytisches Modell entwickelt und verifiziert, um die Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften strebenförmiger zellulärer Strukturen zu berechnen [5]. Die entwickelte Theorie wird experimentell mit der Aluminiumlegierung AlSi10Mg validiert und Grenzen hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit sowie der Einfluss der Fertigungsparameter auf das Bauteil aufgezeigt [3]. Anschließend wird mit der Dimensionsanalyse nach dem Buckingham Pi-Theorem ein dimensionsloses materialunabhängiges Skalierungsgesetz für Einzel- [2] und Doppelschmelzbahnen hergeleitet und experimentell für die Materialien In625, 316L, AlSi10Mg, Ti6Al4V und MS1 validiert. Mit dem vorgestellten Konzept lassen sich die gewählten Prozessparameter mit den resultierenden mechanischen Eigenschaften zellulärer Strukturen korrelieren.

 

[1] L.J. Gibson, M.F. Ashby, Cellular solids: Structure and properties, 2. Ed., Cambridge University Press.

[2] A. Großmann, J. Felger, T. Frölich, J. Gosmann, Materials and Design 181 (2019) 108054.

[3] A. Großmann, J. Gosmann, C. Mittelstedt, Materials Science and Engineering A 766 (2019) 138356.

[4] O. Rehme, Cellular Design for Laser Freeform Fabrication, Vol. 1, Cuvillier Verlag, Göttingen 2010.

[5] J. Souza, A. Großmann, C. Mittelstedt, Additive Manufacturing 23 (2018) 53-69.

Sprecher/Referent:
Alexander Großmann
Technische Universität Darmstadt
Weitere Autoren/Referenten:
  • Lorenz Kropholler
    Technische Universität Darmstadt
  • J. Mölleney
    Technische Universität Darmstadt
  • T. Frölich
    Technische Universität Darmstadt
  • J. Gosmann
    Technische Universität Darmstadt
  • J. Souza
    Technische Universität Darmstadt
  • C. Mittelstedt
    Technische Universität Darmstadt

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