Schwingfestigkeit SLM-generierter Werkstoffe
Thema:
Additive Fertigungsverfahren bieten gegenüber konventionellen Herstellungsverfahren insbesondere im Bereich der Kleinserienfertigung und der Geometriefreiheit große Vorteile. Bei Verfahren wie dem selektiven Laserschmelzen (SLM) werden die finalen Bauteileigenschaften jedoch maßgeblich von den Prozessparametern während der Herstellung bestimmt. Die Vielzahl an existierenden Einflussparametern macht eine Abschätzung dieser Eigenschaften im Vorfeld nur schwer möglich, ist allerdings für den Einsatz und die weitere Verbreitung SLM-generierter Werkstoffe fundamental. Neben den statischen Eigenschaften ist die Schwingfestigkeit von großer Bedeutung und wird in diesem Projekt genauer untersucht.
Kontaktpersonen:
Dipl.-Ing. Michaela Zeißig
Prof. Dr.-Ing. Frank Jablonski
Laufzeit:
01.09.2016 - 31.12.2021
Förderung:
Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unter Projektnummer 275999847.
Kooperationspartner:
BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik GmbH
Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien - IWT
Projektbeschreibung:
Die Verwendung additiver Fertigungsverfahren wie z.B. dem selektiven Laserschmelzen für Bauteile verspricht insbesondere für Kleinserien eine hohe Zeit- und Kostenersparnis. Darüber hinaus lässt sich gezielt Einfluss auf (lokale) Bauteileigenschaften nehmen und es lassen sich Bauteilgeometrien realisieren, die mittels konventioneller Herstellungsverfahren teilweise nicht umsetzbar sind.
Beim Verfahren des selektiven Laserschmelzens (engl. selective laser melting – SLM) werden Bauteile schichtweise durch lokales Aufschmelzen eines pulverförmigen Metalls hergestellt. Dabei existiert eine große Anzahl an Einflussparametern im Prozess, die zum Teil untereinander wechselwirken und die mechanischen Bauteileigenschaften maßgeblich bestimmen. Ihre Vorhersage ist deshalb nur schwer möglich.
Während die Datenbasis zu den statischen Eigenschaften von SLM-Werkstoffen mittlerweile immer umfangreicher wird und gut dokumentiert ist, existieren zur Schwingfestigkeit vergleichsweise wenig Daten und wenige Ansätze zur Beschreibung dieser Werkstoffeigenschaft. Die Ziele des Projektes sind deshalb die Beschreibung der Schwingfestigkeit und darüber hinaus ein verbessertes Verständnis der Versagensmechanismen für Proben, die mittels des SLM-Verfahrens hergestellt wurden. Exemplarisch werden der austenitische Stahl 1.4404 (engl. 316L) sowie der Werkzeugstahl 1.2344 (H13) betrachtet. Dazu werden die experimentell von den Projektpartnern ermittelten charakteristischen Eigenschaften der Proben in FEM-Modelle übertragen und anschließend geeignete Schwingfestigkeitsmodelle zur Beschreibung darauf angewendet.
Veröffentlichungen:
Zeißig, M.; Jablonski, F.: Numerical investigation of production-related characteristics regarding their influence on the fatigue strength of additively manufactured components. acta mechanica et automatica - Special Issue "Modeling and experimental investigations of thermo-hydraulic, hydrogen, manufacturing and mechanical system", vol.17 no.2 (2023). https://doi.org/10.2478/ama-2023-0033
Zeißig, M.; Jablonski, F.: Comparison of different approaches to model fatigue for additively manufactured specimens considering production-related characteristics. Procedia Structural Integrity, 38 (2022), 60-69. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.007
Zeißig, M.; Jablonski, F.: Berücksichtigung fertigungsbedingter Eigenschaften bei der Beschreibung der Schwingfestigkeit von SLM-Proben. 53. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit, online, 18. - 19. Februar 2021, https://doi.org/10.48447/Br-2021-020
Zeißig, M.; Jablonski, F.: Rechnerische Beschreibung der Schwingfestigkeit von SLM-Proben unter Berücksichtigung fertigungsbedingter Defekte. 52. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit, Hamburg, 18. - 19. Februar 2020
Zeißig, M.; Jablonski, F.; Kienzler, R.: Beschreibung des Einflusses prozessbedingter Poren auf die mechanischen Eigenschaften von SLM-Proben, 50. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit, Paderborn, 20. - 21. Februar 2018