Andre Riemer

Highly Anisotropic Steel Processed by Selective Laser Melting

For additive manufacturing of metals, selective laser melting can be employed. The microstructure evolution is directly influenced by processing parameters. Employing a high energy laser system, samples made from austenitic stainless steel were manufactured. The microstructure obtained is characterized by an extremely high degree of anisotropy featuring coarse elongated grains and a 〈001〉 texture alongside the build direction during processing. Eventually, the anisotropy of the microstructure drastically affects the monotonic properties of the current material.

Medizintechnische Anwendungen der additiven Fertigung

Aufgrund des hohen erreichbaren Individualisierungsgrads ist die additive Fertigung, d. h. die materialzufuhrende, schichtweise auf 3D-CAD-Daten basierende Herstellung von Bauteilen, geradezu pradestiniert fur medizintechnische Anwendungen. Auf diese Weise lassen sich patientenspezifische, geometrisch komplexe und an die gegebene Beanspruchungssituation angepasste Medizinprodukte (wie z. B. Orthesen, Prothesen und Implantate sowie medizinische Hilfsmittel) fertigen. Der vorliegende Beitrag gibt einen Uberblick uber aktuelle Anwendungen der additiven Fertigung in der Medizintechnik und diskutiert die mit diesem innovativen Fertigungsverfahren fur den medizintechnischen Bereich verbundenen Potenziale. Um Medizinprodukte lebensdauerorientiert, beanspruchungsgerecht und patientenspezifisch unter Berucksichtigung werkstoff- und prozessseitiger Einflussfaktoren sowie der identifizierten Potenziale der additiven Fertigung zu gestalten, mussen verschiedene ingenieurwissenschaftliche und medizinische Fachbereiche interdisziplinar zusammenwirken. Daher werden auch die Vorgehensweise zur Entwicklung und Herstellung additiv gefertigter Medizinprodukte sowie die dafur erforderlichen Fachdisziplinen betrachtet. Die grundlegende Vorgehensweise wird daruber hinaus fur verschiedene medizinische Anwendungsbeispiele verdeutlicht. Im Fokus steht dabei die Gestaltung individueller Esshilfen fur korperbehinderte Personen, um ihnen ein selbststandiges und selbstbestimmtes Essen zu ermoglichen. Daruber hinaus werden numerische Rissausbreitungssimulationen einer Huftendoprothese vorgestellt, um den Einfluss thermischer Nachbehandlungsverfahren auf das bruchmechanische Materialverhalten zu diskutieren. Des Weiteren werden verschiedene Masnahmen zur Strukturoptimierung einer Kurzschaft-Huftendoprothese und einer patientenspezifischen Fusorthese erlautert.

Labelling additively manufactured parts by microstructural gradation – advanced copy-proof design

Purpose As additive manufacturing techniques, such as selective laser melting, allow for straightforward production of parts on basis of simple computer-aided design files only, unauthorized replication can be facilitated. Thus, identification and tracking of individual parts are increasingly vital in light of globalized competition. This paper aims to overcome the susceptibility of additive manufacturing techniques for product piracy by establishing a method for introducing and reading out product identification markers not visible by naked-eye inspection. Design/methodology/approach Lasers of different nominal power were used for altering the solidification mechanisms during processing in distinct areas of the samples. The resulting local microstructural characteristics and mechanical properties, respectively, were determined by scanning electron microscopy and hardness measurements. The applicability of an advanced eddy current technique for reading out local differences in electro-magnetic properties was examined. Findings The findings show that distinct microstructural features are obtained in dependence of the locally applied laser power. These features manifest themselves not only in terms of grain morphology, texture and hardness but also induce changes in the local electro-magnetic properties. The inscribed pattern can be non-destructively visualized by using an advanced eddy current technique. Originality/value Conventional copy protection basically consists in supplementary labelling or surface modification. In the present study, a new method is proposed for additively manufactured parts, overcoming the drawbacks of the former methods through process-induced microstructure manipulation. Slight alterations in the electro-magnetic material properties can be detected by advanced eddy current method allowing for identification of arbitrary and inimitable component information in additively manufactured parts.

Verhalten von lasergeschmolzenen Bauteilen aus der Titan-Aluminium-Legierung TiAl6V4 unter zyklischer Beanspruchung∗

Abstract Selektives Laserschmelzen (SLM) gehört zu den additiven Fertigungsverfahren (AM) und gewinnt zunehmend an Bedeutung. Im Fokus dieses Beitrags stehen Ergebnisse der Untersuchungen an zyklisch belasteten SLM-Bauteilen aus der Titan-Aluminium-Legierung TiAl6V4. Hierzu wurden Experimente zur Bestimmung der Schwingfestigkeit sowie zur Charakterisierung des bruchmechanischen Materialverhaltens durchgeführt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass z. B. die Dauerfestigkeit und der Schwellenwert des Materials gegen Ermüdungsrissausbreitung beim SLM-Verfahren niedriger sind als die des Grundmaterials. In dieser Arbeit wird jedoch gezeigt, wie durch gezielte Wärmebehandlungsmethoden die Materialkenndaten der SLM-Bauteile verbessert werden können.

Entwicklung von Fahrradtretkurbelsystemen mittels additiver Fertigung

Im Rahmen dieses Beitrags werden eine uberlange Tretkurbel und, zur besseren Vergleichbarkeit der Ausnutzung des Leichtbaupotentials, eine Tretkurbel mit Standardlange festigkeits- und leichtbauoptimiert konstruiert und ausgelegt. Daruber hinaus wird, zur weiteren Reduktion der Fahrradgesamtmasse und um ein vollstandiges Fahrradtretkurbelsystem zu erhalten, abschliesend eine Funfstern-Tretkurbel entwickelt. Die Konstruktion und Auslegung erfolgt fur alle drei Bauteile nach der Norm DIN EN ISO 4210 unter Berucksichtigung der verfahrensspezifischen Vorteile des selektiven Laserstrahlschmelzens. Dabei werden verschiedene Querschnittsgeometrien fur die uberlange Tretkurbel entwickelt und im Nachgang mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode numerisch simuliert und analysiert. Mittels der Analyse werden der Festigkeits- und Dauerfestigkeitsnachweis durchgefuhrt Als Werkstoff wird die hochfeste Titanaluminiumlegierung TiAl6V4 verwendet, die hohe mechanische Kennwerte bei gleichzeitig mittlerer Dichte aufweist.

Optimierung der Werkstoffperformance lasergeschmolzener metallischer Werkstoffe

Der gezielte Einsatz des additiven Fertigungsverfahrens „Selektives Laserschmelzen SLM“ zur Herstellung von Bauteilen und Strukturen kann herausragende Vorteile, wie z. B. Reduzierung der Herstellkosten und Verkurzung der Produkteinfuhrungszeit, mit sich bringen. Ein wirtschaftlicher Einsatz dieser Bauteile wird jedoch in einem entscheidenden Mase durch die erreichbaren Materialkennwerte beeinflusst. Daher sind Kenntnisse uber die Materialkennwerte, Materialkennkurven sowie das Materialverhalten lasergeschmolzener Werkstoffe zwingend erforderlich.

Festigkeit und Verformung der Metalle

Die Festigkeitslehre und die Werkstoffmechanik sind elementare Gebiete des Maschinenbaus und verwandter Disziplinen. Die Werkstoffmechanik ist dabei noch mehr werkstoffkundlich gepragt als die klassische Festigkeitslehre. Das umfangreiche Kapitel „Festigkeit und Verformung der Metalle“ dringt tief in die Mikrostruktur der Materialien ein. Es beschaftigt sich unter anderem mit kristallographischen Grundlagen, elastischen und plastischen Verformungen, Versetzungsarten und Versetzungsbewegungen, der Fliesspannung und der Verfestigung, der Kristallverformung, Kriechvorgangen, Eigenspannungen und Spannungsrelaxation sowie mit Hartungsmechanismen. Diese Themen sind insbesondere fur maschinenbaulich orientierte Leser verstandlich aufbereitet.

Schadensvermeidung und Lebensdauerverlängerung in technischen Komponenten

Kurzfassung Maßnahmen zur Schadensuntersuchung, Schadensvermeidung und Lebensdauerverlängerung von technischen Bauteilen und Strukturen stehen im Mittelpunkt dieses Beitrags. Behandelt werden Schäden durch mechanische Beanspruchungen, wobei zwischen Festigkeitsversagen und bruchmechanischem Versagen unterschieden wird. Lebensdauerverlängernde Maßnahmen werden anhand von Praxisbeispielen aufgezeigt.