Charakterisierung mittels DED-Draht hergestellter Wandstrukturen für die Vorhersage des Ermüdungsverhaltens

Das Ziel des Projekts besteht in der Vorhersage der Prüfstückeigenschaften (zyklische und quasi-statische mechanische Eigenschaften) in Abhängigkeit des Prüfstückzustands (Oberflächenbeschaffenheit, Eigenspannungen, Mikrostruktur) in Abhängigkeit verschiedener Fertigungsstrategien (ohne mechanische Nachbearbeitung) für DED-AW gedruckte Bauteile aus austenitischem CrNi-Stahl und naturharter AlMnMg-Legierung. Durch die Entwicklung von angepassten, wissenschaftlich-technisch abgesicherte Prüfmethoden lassen sich darüber hinaus die Vorteile der additiven Fertigung, wie z. B. der Umgang mit freiformgenerierten Wandstrukturen und as built Oberflächen prüf- und nutzbar machen. Die Ergebnisse tragen zu einer erheblichen Senkung des notwendigen Nachbehandlungs- und Prüfaufwandes, zur Verbesserung der Bauteilsicherheit, zur Reduzierung der Prozesskosten und zur Erhöhung der Akzeptanz von DED-AW gefertigten Bauteilen mit hohen Sicherheitsanforderungen bei. Insbesondere im Druckgerätebereich sind DED-AW-Verfahren aufgrund ihrer Materialvielfalt, hohen Fertigungsgeschwindigkeit und dem effizienten Materialeinsatz vielversprechend. Die hier oft typischen geringen Stückzahlen, fügeintensiven Bauteile und/oder nötigen Reparaturen ergeben mitunter deutliche zeitliche und finanzielle Vorteile gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren.

Jedoch stehen den KMU bis dato keine praxistauglichen Regelwerke und Richtlinien mit entsprechenden Kennwerten zur Auslegung additiv gefertigter Druckgeräte zur Verfügung. Dies verhindert aktuell eine sichere und standardisierte Herstellung von drucktragenden AM-Komponenten. Ziel des Projektes ist es daher auch, die wesentlichen Erkenntnisse in einschlägige Normungsvorhaben, wie z. B. NA 145 DIN – Normenausschuss Werkstofftechnologie (NWT), NA 145 04 02 01 GAK „Additive Fertigung – Gemeinschaftsarbeitskreis NWT/NAM/NAS/FNCA/NAA/NARD, Additiv gefertigte Bauteile unter der Druckgeräterichtlinie“ einfließen zu lassen.

Characterization of wall structures produced using DED wire for predicting fatigue behavior

The aim of the project is to predict the cyclic and quasi-static mechanical properties of test specimens based on their condition (surface finish, residual stresses, microstructure), which in turn is determined by different manufacturing strategies (without mechanical post-processing) for DED-AW printed components made of austenitic CrNi steel and work hardening AlMnMg alloy.
The development of adapted, scientifically and technically validated testing methods also makes it possible to test and utilize the advantages of additive manufacturing, such as the handling of free-form wall structures and as-built surfaces. The results contribute to a significant reduction in the necessary post-treatment and testing effort, to improved component safety, to a reduction in process costs, and to increased acceptance of DED-AW manufactured components with high safety requirements.
DED-AW processes are particularly promising in the pressure equipment sector due to their material diversity, high production speed, and efficient use of materials. The typically low quantities, joining-intensive components, and/or necessary repairs often associated with this sector sometimes result in significant time and financial advantages over conventional manufacturing processes.
However, to date, SMEs lack practical regulations and guidelines providing the necessary characteristic values for the design of additively manufactured pressure equipment. This currently prevents the safe and standardized production of pressure-bearing AM components. A further objective of the project is, therefore, to integrate the key findings into relevant standardization projects, such as the DIN Standards Committee Materials Technology (NWT) and the joint working group NA 145-04-02-01 GAK 'Additive Manufacturing – Additively manufactured components under the Pressure Equipment Directive (PED)'.