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Über dieses Buch

Insbesondere die pulverbettbasierte laseradditive Fertigung (LAM) etabliert sich in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik sowie dem Fahrzeugbau als Fertigungstechnologie von Funktions- und Serienbauteilen. Die hohen Anforderungen an die Qualität und strukturelle Integrität dieser Industrien erfordern, die Eigenschaften von laseradditiv gefertigtem TiAl6V4 besonders im Hinblick auf zyklische Beanspruchung detailliert zu untersuchen. Der Autor identifiziert dazu die einzelnen prozessinhärenten mikro- und makrostrukturellen Werkstoff- und Bauteileigenschaften und untersucht deren Einfluss auf das Ermüdungsverhalten.


Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Einleitung

Kürzer werdende Produktlebenszyklen sowie der Bedarf, bestehende Produkte und Baugruppen effizienter zu gestalten und hinsichtlich ihrer Funktion oder ihres Gewichts zu optimieren, führen zum Einsatz neuer Technologien im Produktdesign und in der Fertigung. Konventionelle Produktionsverfahren, wie zum Beispiel spanende Technologien und Gießen, geraten bei der Fertigung funktions- oder gestaltoptimierter Bauteile oftmals an ihre Grenzen. Additive Technologien hingegen erlauben die Fertigung hochkomplexer Bauteile und gewinnen daher zunehmend an Bedeutung.
Eric Wycisk

Chapter 2. Pulverbettbasierte laseradditive Fertigung

Im Folgenden wird der Stand der Technik der pulverbettbasierten laseradditiven Fertigung zusammengefasst und von verwandten additiven Fertigungsverfahren abgegrenzt. Dazu werden das Technologieprinzip und der Fertigungsprozess detailliert beschrieben und relevante Stellgrößen des Prozesses identifiziert. Anschließend wird das Eigenschaftsprofil laseradditiv gefertigter Bauteile anhand von identifizierten Qualitätsmerkmalen dargestellt.
Eric Wycisk

Chapter 3. Ermüdung metallischer Werkstoffe

Das Materialversagen bei schwingender Beanspruchung wird durch plastische Wechselverformungen, die zu mikrostrukturellen Veränderungen führen, hervorgerufen. Daraus resultierende mikrostrukturelle Versetzungen sowie In- und Extrusionen an der Oberfläche sind die Ursachen für Rissinitiierung und -ausbreitung unter zyklischer Last [68]. Für die Auslegung mechanischer Komponenten unter zyklischer Belastung sind daher eine genaue Kenntnis des Ermüdungsverhaltens sowie die daraus resultierende exakte Vorhersage der Lebensdauer unumgänglich.
Eric Wycisk

Chapter 4. Die Titanlegierung TiAl6V4

Im Folgenden werden das Eigenschaftsprofil von konventionell verarbeitetem TiAl6V4 und die aktuellen Kenntnisse zum Ermüdungsverhalten dieser Legierung dargestellt. Anschließend wird nach dem aktuellem Stand der Technik das Eigenschaftsprofil von laseradditiv gefertigtem TiAl6V4 anhand der in Kapitel 2.4 definierten Qualitätsmerkmale beschrieben.
Eric Wycisk

Chapter 5. Vorgehensweise und experimentelle Methoden

Die hohen Anforderungen an die Qualität und die strukturelle Integrität von Bauteilen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt erfordern eine detaillierte Betrachtung der Prozess-Struktur-Ermüdungseigenschaftswirkung. Insbesondere im Hinblick auf Schwingbelastungen struktureller Bauteile gilt es, den Einfluss einzelner Werkstoff- und Bauteileigenschaften auf das Ermüdungsverhalten optimierter Leichtbaustrukturen aus TiAl6V4 detailliert zu untersuchen. Jeder einzelne Schritt des Lebenszyklus laseradditiv gefertigter Bauteile hat durch Beeinflussung der geometrischen Bauteileigenschaften, der mikro- und makrostrukturellen Werkstoffeigenschaften sowie des Beanspruchungsprofils Einfluss auf das Ermüdungsverhalten.
Eric Wycisk

Chapter 6. Charakterisierung des Versuchswerkstoffs

Grundlage für die Analyse der Ermüdungseigenschaften von laseradditiv gefertigtem TiAl6V4 ist eine umfassende Charakterisierung der physikalischen und mechanischen Materialeigenschaften sowie der verwendeten Fertigungsprozessparameter und Anlagentechnik. Dazu werden im Folgenden der verwendete Anlagentyp und die dominanten Fertigungsprozessstellgrößen beschrieben. Anschließend werden die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Versuchsmaterials anhand der in Abschnitt 2.4 definierten Qualitätsmerkmale untersucht.
Eric Wycisk

Chapter 7. Ermüdungseigenschaften von laseradditiv gefertigtem TiAl6V4

Zur Bestimmung der Prozess-Struktur-Ermüdungseigenschaftswirkung werden im Folgenden der Einfluss der Schichtorientierung, der Oberflächenbeschaffenheit, der Porosität und des Einsatzspektrums auf das Ermüdungsverhalten von laseradditiv gefertigtem TiAl6V4 in Rissfortschritts- und Wöhlerversuchen untersucht. Zusätzlich wird die Anwendbarkeit des Modells nach El Haddad und Topper sowie der Thermometrie zur Vorhersage der Ermüdungsfestigkeit analysiert.
Eric Wycisk

Chapter 8. Zusammenfassung und Ausblick

In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss prozessinherenter mikro- und makrostruktureller Werkstoff- und Bauteileigenschaften auf das Ermüdungsverhalten von laseradditiv gefertigtem TiAl6V4 untersucht. Dazu werden aus den Teilprozessschritten des Lebenszyklus laseradditiv gefertigter Bauteile zunächst die Struktureigenschaften wie Schichtorientierung, Oberflächenbeschaffenheit, Materialgefüge und -porosität abgeleitet und als Einflussfaktoren auf die Ermüdung identifiziert. Die Ausprägung des Einflusses dieser Faktoren wird anschließend in Wöhlerversuchen und Rissfortschrittsuntersuchungen sowie im Laststeigerungsversuch bestimmt und detailliert analysiert.
Eric Wycisk

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