Wadim Reschetnik

Beeinflussung des Risswachstums durch Kerben in additiv gefertigten Strukturen

Im Rahmen dieses Beitrags werden unterschiedliche Masnahmen zur Beeinflussung des Risswachstums durch Kerben in rissbehafteten, additiv gefertigten Bauteilen und Strukturen vorgestellt. Neben zahlreichen Einflussen auf das Risswachstumsverhalten werden anhand von Rissverzogerungskerben Moglichkeiten aufgezeigt, die Risswachstumspfade und die damit einhergehende Lebensdauer zu manipulieren. Hierbei werden an Kompaktzugproben sowohl mit kreisrunden als auch mit rautenformigen Kerben numerische und experimentelle Analysen durchgefuhrt. Die experimentellen Untersuchungen bestatigen die numerisch vorhergesagten Rissverlaufe. Daruber hinaus wird die Lebensdauer in Abhangigkeit der Risslange fur die unterschiedlichen Probenvarianten experimentell ermittelt und gegenubergestellt. Der Vergleich zeigt, dass die Kerben im Risspfad die Lebensdauer beeinflussen und dass durch den Einsatz von Rissstoppkerben die Einsatzdauer signifikant verlangert wird.

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.

Numerische und mechanische Untersuchung additiv gefertigter TiAl6V4 Gitterstrukturen

Generative Fertigungsverfahren wie das selektive Laserschmelzen (SLM) eignen sich, aufgrund ihrer hohen geometrischen Designfreiheit, hervorragend fur die Herstellung komplexer, zellularer Leichtbaustrukturen. In diesem Zusammenhang spielt die gezielte konstruktive Anpassung an die Belastungsbedingungen eine entscheidende Rolle. Fur die Nutzung dieses Potentials ist das Verstandnis der charakteristischen mechanischen Eigenschaften dieser Gitterstrukturen von entscheidender Bedeutung. Im Fokus der experimentellen und numerischen Untersuchungen standen zwei unterschiedliche Gitterstruktur-Typen aus dem Werkstoff Ti-Al6V4. Diese wurden unter monotoner, einachsiger Belastung getestet. Die digitale Bildkorrelation (DIC) ermoglichte gleichzeitig die detaillierte Analyse der lokalen Dehnungsverteilung wahrend der Verformung. Mikrostrukturelle Eigenschaften und die Gitterqualitat wurden mit Hilfe von „Electron backscatter diffraction“ (EBSD) Analysen sowie rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen analysiert. Zudem erfolgte die Entwicklung eines Finite-Elemente- Modells, unter der Anforderung eines moglichst geringen Rechenaufwandes, durch die ausschliesliche Verwendung von Balkenelementen. Der Vergleich mit den Dehnungswerten aus der DIC-Analyse ermoglichte Ruckschlusse uber die Genauigkeit des Modells. Die Ergebnisse zeigen die charakteristischen Eigenschaften und Unterschiede zwischen den beiden untersuchten Gitterstrukturen sowie die typischen Versagensmechanismen unter der Belastung.