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Lattice structure tensile specimen manufactured with laser melting (LM) process out of the material H13. Bildinformationen anzeigen
Industry partners of the DMRC. Bildinformationen anzeigen
Industry partners of the DMRC. Bildinformationen anzeigen
Quality control during a Laser Sinter (LS) build job by a researcher of the DMRC. Bildinformationen anzeigen
Fused Deposition Modeling (FDM) process during the manufacture of an Ultem 9085 part. Bildinformationen anzeigen
Additive manufactured reaction wheel bracket for telecomunication satellites. Bildinformationen anzeigen
Employees of the DMRC working with the "freeformer" from Arburg. Bildinformationen anzeigen
Tactile measurement of a SLM part with a Coordinatemeasuring machine (CMM). Bildinformationen anzeigen

Lattice structure tensile specimen manufactured with laser melting (LM) process out of the material H13.

Industry partners of the DMRC.

Industry partners of the DMRC.

Quality control during a Laser Sinter (LS) build job by a researcher of the DMRC.

Fused Deposition Modeling (FDM) process during the manufacture of an Ultem 9085 part.

Additive manufactured reaction wheel bracket for telecomunication satellites.

Employees of the DMRC working with the "freeformer" from Arburg.

Tactile measurement of a SLM part with a Coordinatemeasuring machine (CMM).

Light-weight construction: Robust simulation of complex loaded cellular structures

Ein Ansatz zur Umsetzung des Leichtbau-Gedankens ist die Anwendung von additiv gefertigten zellulären Strukturen, welche aufgrund ihrer geringen relativen Dichte hohe Steifigkeiten bei geringem Eigengewicht erzielen. Im Gegensatz zu anderen Werkstoffen mit geringer Dichte, wie zum Beispiel Aluminiumschäume, können regelmäßig aufgebaute zelluläre Strukturen durch eine lokale Modifizierung der Stabdurchmesser oder -orientierungen gezielt an die äußeren Lastbedingungen angepasst werden. Somit ergibt sich ein effizientere Gestaltung, wodurch sowohl das Gesamtgewicht des Strukturbauteils als auch der Materialeinsatz reduziert wird. Weitere Vorteile liegen in der kürzeren Bauzeit (im Vergleich zu Vollmaterial) aufgrund der geringen Querschnittsfläche, die mit dem Laser belichtet werden muss. Eine Fertigung von solch komplexen Strukturen mit konventionellen spanenden Verfahren, wie Fräsen oder Drehen, ist dagegen nicht denkbar.

In einem vorangegangenen Projekt konnte das grundlegende Verhalten von metallischen zellulären Strukturen bereits charakterisiert werden, wobei der Fokus auf den auftretenden Verformungsmechanismen unter einachsiger Zug/Druck- und Biegebeanspruchung lag. Die Ergebnisse zeigten eine gute relative Tragfähigkeit, aber auch eine starke Abhängigkeit des Versagensmechanismus von der Gestaltung der Basiszelle. Ebenso zeigte sich ein großer Einfluss der jeweils vorliegenden Mikrostruktur auf das mechanische Verhalten. So führte ein sehr spröder Materialzustand zu einem anderen Versagensmuster als eine hohe Duktilität.

Für die industrielle Anwendung ist eine zuverlässige und robuste Simulation erforderlich, da die Leistungsfähigkeit von Leichtbaustrukturen in Abhängigkeit sowohl des Zelldesigns als auch von der Mikrostruktur vorhersagbar sein muss. Dabei gilt es, auch komplexe Belastungsszenarios, die in den meisten tatsächlichen Anwendungen auftreten, zu berücksichtigen. Somit ist es Ziel dieses Projektes, ein robustes Finite-Elemente-Modell (FE-Modell) für komplex beanspruchte zelluläre Leichtbau-Strukturen zu entwickeln. Auf Grundlage der Erkenntnisse einer ersten linear-elastischen Simulation werden die Untersuchungen auf linear-plastisches Verhalten ausgeweitet. Durch Verwendung einer Titanlegierung und eines rostfreien Stahls werden dabei verschiedene Materialzustände (spröde bzw. duktil) in Betracht gezogen. Weiterhin werden zelluläre Kunststoffstrukturen über Lasersintern hergestellt, um das entwickelte FE-Modell für ein fundamental unterschiedliches Material zu verifizieren.

Weiterführende Projektinformationen
ProjektstatusIn Bearbeitung
Projektdauer24 Monate
Finanzierung50 % Land Nordrhein-Westfalen
50 % DMRC Industriepartner
ProjektmanagerProf. Dr.-Ing. habil. M. Schaper
Projektkoordinator/-enDr. Olaf Rehme (Siemens AG)
Wissenschaftliche MitarbeiterAlexander Taube
Peter Koppa
Wadim Reschetnik
Stefan Josupeit
Beteiligte LehrstühleLehrstuhl für Werkstoffkunde (LWK)
Lehrstuhl für Leichtbau im Automobil (LiA)
Fachgruppe Angewandte Mechanik (FAM)
Lehrstuhl für Partikelverfahrenstechnik (PVT)
Ansprechpartner
Telefon:
+49 5251 60-3855
Fax:
+49 5251 60-3854
Büro:
E5.112

M.Sc. Alexander Taube

DMRC

Material Science

Alexander Taube
Telefon:
+49 5251 60-5443
Fax:
+49 5251 60-3854
Büro:
E5.118

Peter Koppa

DMRC

Selective Laser Melting / Innovative Materials

Peter Koppa
Telefon:
+49 5251 60-5470
Büro:
W2.101
Web:

Sprechzeiten:
Di. 13-17

M. Sc. Wadim Reschetnik

DMRC

Metal Laser Melting

Wadim Reschetnik
Telefon:
+49 5251 60-5325
Fax:
+49 5251 60-5322
Büro:
P1.3.22.2

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