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Entwicklung und additive Fertigung zyklisch beanspruchter Strukturen am Beispiel von metallischen Großbauteilen

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Zusammenfassung

Klassische Entwicklungsansätze und die konventionell Fertigungsprozess-getriebene Designfindung sind nur bedingt geeignet, die Potentiale additiver Herstellungsverfahren vollumfänglich zu nutzen. Neue und angepasste Lösungen, wie sie im Folgenden dargestellt werden, sollen als Hilfsmittel dienen, zum einen neue Möglichkeiten vor dem Hintergrund additiver Fertigung auszuschöpfen und zum anderen aber auch den, aus dem additiven Fertigungsprozess resultierenden, Herausforderungen adäquat zu begegnen. Gerade für (Nutz-) Fahrzeug-typische Bauteildimensionen und im Falle einer zyklischen Belastung, sind aufwendige und kostspielige Iterationen zwingend zu minimieren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollen durch eine methodisch strukturierte Vorgehensweise, den gezielten Einsatz von Simulationswerkzeugen und effiziente Verfahren zur Ermittlung von Werkstoffkennwerten entsprechende Ansätze bereitgestellt werden. Die gesamte Vorgehensweise wurde an einem konkreten Beispiel – vor dem Hintergrund der Ersatzteilbereitstellung mittels additiver Fertigung – entwickelt und erprobt.

Stichwörter:

Additive Fertigung Betriebsfestigkeit Hybrid-Konstruktion PhyBaL Topologieoptimierung 

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Literatur

  1. [1] Attaran, M.: The rise of 3-D printing: The advantages of additive manufacturing over traditional manufacturing. Business Horzons, Vol. 60, Iss. 5, September-October 2017, pp. 977-688, Elsevier.Google Scholar
  2. [2] Brandner, J.: Additive Fertigung auf dem Weg zum Mond. lightweight.design extra, November 2016, S.44-48, Springer Fachmedien Wiesbaden.Google Scholar
  3. [3] Bromberger, M.: Symbiose aus Topologieoptimierung und additiver Fertigung. lightweight.design extra, November 2016, S. 61-21, Springer Fachmedien Wiesbaden.Google Scholar
  4. [4] 3D printed copper rocket engine part on way to Mars. Metal Powder Report, July-August 2015, Elsevier.Google Scholar
  5. [5] Wohlers, T.; Caffrey, T. and Campbell, I.: Wohlers Reports 2016, 3D printing and Additive Manufacturing State of the Industry, Annual Worldwide Progress Report. Wohlers Associates, Inc., Fort Collins Colorado, USA, 2016.Google Scholar
  6. [6] Handlungsfelder - Additive Fertigungsverfahren 2016. VDI, Verein Deutscher Ingenieure e.V., Fachbereich Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Dr. Erik Marquardt.Google Scholar
  7. [7] acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina, Union der deutschen Akademien der Wissenschaften (Hrsg.) (2016): Additive Fertigung. München, 64 Seiten.Google Scholar
  8. [8] Karlsruher Institut für Technologie (KIT) (Hrsg.): Laser-Strahlschmelzen – Technologie mit Zukunftspotenzial, Ein Handlungsleitfaden. Karlsruhe, 2017.Google Scholar
  9. [9] Kumke, M.: Methodisches Konstruieren von additiv gefertigten Bauteile. AutoUni – Schriftenreihe, Band 124, Springer Fachmedien Wiesbaden, 2018.Google Scholar
  10. [10] Ley, M.; Hilbert, K.; Buschhorn, .N et al.: Obsoleszenzmanagement unterstützt durch additive Fertigung – Von der Bauteilidentifikation bis zum fertigen Ersatzteil. In: Binz, H. et al. (Hrsg.): Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung SSP 2017. 1. Auflage, Stuttgart: Fraunhofer IAO, o.S., 2017.Google Scholar
  11. [11] Buschhorn, N.; Blinn, B.; Ley, M. et al.: Einfluss prozessführungsbedingter Materialkennwerte auf den durchgängigen Konstruktionsprozess additiv gefertigter Bauteile. In: Richard, H. A. (Hrsg.): Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen, Bericht 403, Deutscher Verband für Materialforschung und –prüfung e.V., S. 1-10, Berlin, 2018.Google Scholar
  12. [12] Blinn, B.; Klein, M.; Gläßner, C. et al.: Investigation of the microstructure and fatigue behaviour of additively manufactured structures made of AISI 316L stainless steel with regard to the influence of a heat treatment. In: Metals 8/4 (2018): 220 (2018).CrossRefGoogle Scholar
  13. [13] Blinn, B.; Ley, M.; Buschhorn, N. et al.: Investigation of the anisotropic fatigue behavior of additively manufactured structures made of AISI 316L with short-time procedures PhyBaLLIT and PhyBaLCHT. Int J Fatigue, Vol. 124, July 2019, pp. 389-399, Elsevier, 2019.Google Scholar
  14. [14] Kramer, H. S.; Starke, P.; Klein, M. et al.: Cyclic hardness test PHYBALCHT – shorttime procedure to evaluate fatigue properties of metallic materials. International Journal of Fatigue, Vol. 63, pp. 78-84, Elsevier, 2014.Google Scholar
  15. [15] Blinn, B.; Klein, M.; Beck, T.: Determination of the anisotropic fatigue behaviour of additively manufactured structures with short-time procedure PhyBaLLIT. MATEC Web Confer 2018;165:02006.CrossRefGoogle Scholar
  16. [16] Casati, R; Lemke, J and Vedani, M.: Microstructure and fracture behavior of 316L austenitic stainless steel produced by selective laser melting. J Mater Sci Technol 2016;96:738–44.CrossRefGoogle Scholar
  17. [17] Mower, T. M. and Long, M. J.: Mechanical behavior of additive manufactured, powderbed laser-fused materials. Mater Sci Eng, A 2016;651:198–213.CrossRefGoogle Scholar
  18. [18] Yadollahi, A.; Shamsaei, N.; Thompson, S. M. et al.: Effects of building orientation and heat treatment on fatigue behavior of slm 17–4 PH stainless steel. Int J Fatigue 2017;94:218–35.Google Scholar
  19. [19] Buchbinder, D.; Schleifbaum H.; Heidrich, S. et al.: High power selective laser melting (HP SLM) of aluminum parts. Phys Proc 2011;12:271–8.CrossRefGoogle Scholar
  20. [20] Qiu, C.; Adkins, N. J. E. and Attallah, M. M.: Microstructure and tensile properties of slm and of HIPed laser-melted Ti–6Al–4V. Mater Sci Eng, A 2013;578:230–9.Google Scholar
  21. [21] Brandl, E.; Heckenberger, U.; Holzinger, V. et al.: Additive manufactured AlSi10Mg samples using slm: microstructure, high cycle fatigue, and fracture behavior. Mater Des 2012;34:159–69.Google Scholar
  22. [22] Rigon, D.; Meneghetti, G.; Gӧrtler, M. et al.: Influence of defects on axial fatigue strength of maraging steel specimens produced by additive manufacturing. MATEC Web Confer 2018;165:02005.CrossRefGoogle Scholar
  23. [23] Hilbert, K.; Ley, M.; Deschner, C. et al.: Einsatz der additiven Fertigungstechnologie für die Ersatzteilversorgung. In: Berns, K. et al. (Hrsg.): Proceedings of the 4th Commercial Vehicle Technology Symposium – CVT 2016, pp. 259-270, Shaker, Aachen, 2016.Google Scholar
  24. [24] Buschhorn, N.; Ley, M.; Hilbert, K. et al.: Entwicklung additiv gefertigter Großbauteile aus Metall – Auslegung, Fertigung und Prüfung – . In: Richard, H. A. (Hrsg.): Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen, Bericht 402, Deutscher Verband für Materialforschung und –prüfung e.V., S. 11-20, Berlin, 2017.Google Scholar
  25. [25] Ley, M.; Buschhorn, N.; Stephan, N. et al.: Hybrid-optimierte Fertigung von tragenden Bauteilen durch Kombination konventioneller und additiver Fertigungsverfahren. In: Berns, K. et al. (Hrsg.): Proceedings of the 5th Commercial Vehicle Technology Symposium – CVT 2018, pp. 214-232, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2018.Google Scholar
  26. [26] Richtlinie VDI 3405 Dezember 2014: Additive Fertigungsverfahren: Grundlagen, Begriffe, Verfahrensbeschreibungen.Google Scholar

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Authors and Affiliations

  1. 1.Technische Universität KaiserslauternKaiserslauternDeutschland
  2. 2.Wehrwissenschaftliches Institut für Werk- und BetriebsstoffeErdingDeutschland

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