Februar

Maintenance, Zürich

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung
10. und 11. Februar
www.maintenance-schweiz.ch

Pumps & Valves, Zürich

Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen und Prozesse
10. und 11. Februar
www.pumps-valves.ch

Aqua Suisse, Zürich

Schweizer Fachmesse für Wasser, Abwasser und Gas
10. und 11. Februar
www.aqua-suisse-zuerich.ch

Metpack, Essen

Weltleitmesse für Metallverpackungen
23. bis 27. Februar
www.metpack.de

INTERPACK, Düsseldorf

Internationale Fachmesse für Verpackungstechnik
25. Februar bis 3. März
www.interpack.de

März

Embedded World digital, Nürnberg

Internationale Weltleitmesse für Embedded-Systeme
1. bis 5. März
www.embedded-world.de

intec digital, Leipzig

Internationale Fachmesse für Werkzeugmaschinen, Fertigungs- und Automatisierungstechnik
2. bis 5. März
www.messe-intec.de

Z digital, Leipzig

Internationale Zuliefermesse für Teile, Komponenten, Module und Technologien
2. bis 5. März
www.zuliefermesse.de

In den «AM FATIGUE LABS» entwickelt das Fraunhofer LBF Methoden, um mittels moderner Analysetechnik die Beanspruchungen für additiv gefertigte Bauteile zu simulieren und daraus Bemessungsempfehlungen für die zuverlässige Bauteilgestaltung abzuleiten.

Beanspruchungen von Bauteilen realitätsnah simulieren

Fraunhofer-Institut für
Betriebsfestigkeit und
Systemzuverlässigkeit LBF
Bartningstrasse 47
D-64289 Darmstadt

T +49 (0)6151 705-0
www.lbf.fraunhofer.de
info@lbf.fraunhofer.de

Die additive Fertigung stösst derzeit in vielen Bereichen des Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbaus auf ein stetig wachsendes Interesse. Um die Zuverlässigkeit derartig gefertigter Bauteile besser steuern zu können, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF mit den «AM FATIGUE LABS» ein neues Laboratorium eingerichtet.

Im «AM FATIGUE LABS» werden Methoden entwickelt, die Beanspruchungen für additiv gefertigte Bauteile simulieren, die wiederum als Grundlage für Bemessungsempfehlungen dienen. Mit diesen realitätsnahen Simu­lationen lassen sich zutreffende Bemessungskennwerte zur Auslegung solcher Bauteile ermitteln. Sie gewährleisten ausserdem eine verlässliche Designvalidierung, indem sie den Einfluss sämtlicher relevanter Prozessparameter, der Betriebsbeanspruchungen sowie, je nach Anwendungsfall, Umwelteinflüsse berücksichtigen. Dabei steigern eigens entwickelte Belastungssimulatoren die Präzision und Reproduzierbarkeit der Messungen. Dies ermöglicht ­einen Einblick in das zyklische Werkstoff- und Bauteilverhalten, der mit klassischen Prüfmethoden kaum gelingt.
Um die Vorteile der additiven Fertigung im Sinne des Leichtbaus auch für sicherheitsrelevante Komponenten erschliessen zu können, sind zahlreiche Herausforderungen im Wechselfeld von Bauteilgeometrie, Fertigung, Betriebsbeanspruchungen und Umwelteinflüssen zu meistern. Abhängig unter anderem von der Bauteilgeometrie, der Belichtungsstrategie und dem verwendeten Werkstoff, lassen sich nahezu beliebige Eigenschaftsgradienten im Bauteil einstellen. Diese können jedoch auch dazu führen, dass geometrisch identische Bauteile unter gleicher Belastung deutlich unterschiedliches Betriebsverhalten und schliesslich Lebensdauern haben.

Lokale Phänomene treiben Bauteilermüdung
Der Erkenntnis, dass die Ermüdung von Bauteilen durch lokale Phänomene getrieben wird, kommt vor allem bei additiv gefertigten Komponenten eine gesteigerte Bedeutung zu. «Die ­neuen Freiheitsgrade bei der Bauteilentwicklung erfordern ein neues Bemessungskonzept, um das Potenzial dieser Fertigungstechnologie auch für zyklisch beanspruchte, sicherheitsrelevante Bauteile heben zu können», erklärt Dr. Rainer Wagener, unter dessen Federführung das neue Laboratorium am Fraunhofer LBF errichtet wurde. Der Herstellungsprozess induziert zum einen geome­trische Defekte in Form von Poren, Einschlüssen oder rauen Oberflächen, zum anderen führt die lokal stark begrenzte Erwärmung zur Ausbildung signifikanter Eigenschaftsgradienten.
Neben den Parametern der Belichtungsstrategie oder des Prozessgases die direkt vom Benutzer gesteuert werden können, spielt unter anderem auch die Baurichtung sowie die Auslegung erforderlicher Stützstrukturen eine erhebliche Rolle bei der Ausbildung der Werkstoffmikrostruktur und somit der lokalen Eigenschaften inklusive der Defektverteilung.

Optische Dehnungsmessung bringt neue Erkenntnisse
In den AM FATIGUE LABS setzt das Team des Fraunhofer LBF unterschiedliche optische Dehnungssensoren ein, deren Mess­signale über die erforderliche Echtzeitfähigkeit verfügen. Auf diese Weise wird eine Dehnungsregelung beispielweise in versagensrelevanten Bauteilbereichen ermöglicht. Gleichzeitig können die Darmstädter Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der lastsynchronen Messung lokaler Dehnungsfelder Informa­tionen über den lokal wirkenden Schädigungsmechanismus ableiten. Diese Informationen können zur Bauteiloptimierung genutzt werden. Darüber hinaus lassen sie sich auch zur Steigerung der Werkstoffausnutzung durch Berücksichtigung des defektorientierten Werkstoffverhaltens bereits in frühen Auslegungsphasen nutzen. «Durch die Ableitung ­dedizierter Bemessungskonzepte und Untersuchungsmethoden wird dabei für additiv gefertigte Komponenten eine Anwendungssicherheit geschaffen, die mit derzeitig verfügbaren Regelwerken, welche sich allesamt an klassischen Herstellungstechnologien orientieren, nicht zu erreichen ist», betont Rainer Wagener.