Übersicht
Laufende Forschungsprojekte:
Abgeschlossene Forschungsprojekte:
TRR277 A06 – Laser-Strahlschmelzen (LPBF) von Stahlelementen für das Bauwesen – Grundlagen der Konstruktion und der mechanischen Belastbarkeit
- DFG-TRR277-A06
- Projektzeitraum: 2020-2024
- Projektpartner: Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), TUM
Ziel dieses Projekts ist die Erfassung und Bewertung der maßgebenden Einflussfaktoren auf die Fertigung von sicheren und langlebigen Stahlbauelementen mittels Laser-Strahlschmelzen (engl. laser-based powder bed fusion, kurz LPBF). Insbesondere werden der Zusammenhang und die Abhängigkeiten zwischen LPBF-Prozess, Nachbehandlung und Geometrie mit der Mikrostruktur und den mechanischen Eigenschaften untersucht und modelliert.
Motivation
Das LPBF ist eine der Schlüsseltechnologien unter den metallischen additiven Fertigungsverfahren. Damit ist es möglich, hoch komplexe Strukturen sehr präzise direkt aus digitalen Konstruktionsdaten zu fertigen. Das hat dazu geführt, dass das Verfahren heute in vielen Industriebereichen bereits in der Serienfertigung eingesetzt wird. Durch seine Eigenschaften bietet das LPBF auch ein hohes Potenzial für das Bauwesen: Aufgrund der hohen Gestaltungsfreiheit, der direkten Verknüpfung von realer mit digitaler Welt und der Wirtschaftlichkeit bei Losgröße eins könnte die Additive Fertigung die Bauindustrie revolutionieren. Das LPBF eignet sich hierbei besonders für die Herstellung von Elementen für den Stahlbau.
Zielsetzung
Bisher ist eine zuverlässige Vorhersage und Reproduzierbarkeit der mechanischen Eigenschaften von LPBF-gefertigten Stahlelementen noch nicht möglich. Um das Verfahren im Bauwesen etablieren zu können, ist es notwendig, eine Methodik zur prozesssicheren Fertigung von langlebigen Stahlbauelementen mittels LPBF zu entwickeln.
Vorgehen
Zunächst wird mithilfe von In-Prozess-Thermographie der Einfluss von Prozessparametern auf die Abkühlraten beim LPBF untersucht. Zudem sollen die Einflüsse von geometrischen Aspekten und Nachbehandlungen auf die mechanischen und metallurgischen Eigenschaften der Bauteile untersucht werden. Im weiteren Verlauf des Projekts werden mithilfe der untersuchten Zusammenhänge, formoptimierte Stahlbauelemente und Großbauteile hergestellt und unter Berücksichtigung realer Einsatzbedingungen getestet. Abschließend soll eine Methodik abgeleitet werden, welche den wirtschaftlichen und prozesssichern Einsatz von LPBF im Bauwesen ermöglicht.
In-Prozess Thermographie beim LPBF
Ergebnisse
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts werden die Zusammenhänge zwischen Prozess-parametern, Abkühlraten, Nachbehandlung und geometrischen Aspekten mit den statischen und zyklischen mechanischen Eigenschaften von LPBF-gefertigten Stahlbauteilen ermittelt. Basierend auf diesen Erkenntnissen sollen anschließend Konstruktionsempfehlungen abgeleitet werden, um Stahlbauteile mit reproduzierbaren und definierten mechanischen Eigenschaften mittels LPBF zu fertigen.
Tensegrity Knoten für das deutsche Museum
Im Zuge eines Industrieprojektes mit dem Deutschen Museum München soll ein Tensegrity Turm entwickelt und hergestellt werden. Hierfür werden mittels Formoptimierung additiv gefertigte Verbindungsknoten hergestellt.
Die Formoptimierung wurde vom Projektpartner C02 des TRR277 durchgeführt.
Danksagung
Dieses Projekt hat eine Finanzierung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des SFB/ TRR 277 – Additive Manufacturing in Construction – The Challenge of Large Scale (Projektnummer 414265976) erhalten.
Hierfür möchten wir unseren größten Dank aussprechen.
Personen
Christina Radlbeck, Johannes Diller, Rudolf Röß, Dorina Siebert