Charakterisierung der thermo-mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Komponenten

Abstract

Unter generativer Fertigung (auch als additive Fertigung oder als 3D-Druck bezeichnet) wird ein Fertigungsverfahren verstanden, bei dem die Bauteile durch ein gezieltes Hinzufügen von Material entstehen. Die additive Fertigung wurde vor über 30 Jahren entwickelt und zählt heute zu der Gruppe der Urformverfahren. Additive Fertigung findet immer mehr Anwendung in der Industrie. Um die Ressourceneffizienz zu erhöhen und den Energieeinsatz zu reduzieren sowie Werkstoffe zu optimieren, wird viel an dem Thema der generativen Fertigung geforscht. Die Fertigungsverfahren werden nach Grundwerkstoffarten: Polymere, Keramiken und Metalle sowie nach primären Fertigungsbesonderheiten unterteilt. Die verbreitetsten Verfahren für die additive Fertigung für Metalle sind Pulverbettbasiertes Schmelzen, Auftragschweißen und Freistrahl-Bindemittelauftrag. Beim Pulverbettbasierten Schmelzen wird weiter nach der Energiequelle Laser- oder Elektronenstrahl unterschieden. Das Pulverbettbasiertes Laserschmelzen ist sehr verbreitet aufgrund der einfachen Anwendung. Zudem entstehen Bauteile ohne Zwischenschritte im Vergleich zum Auftragschweißen oder zum Freistrahl-Bindemittelauftrag. In dieser Arbeit werden unidirektionale Proben genutzt, um die Eigenschaften einzelner Schichten zu bestimmen. Dabei werden bekannten Messverfahren eingesetzt, um die mechanischen und thermischen Eigenschaften zu charakterisieren.

Additive manufacturing (also referred to as additive manufacturing or 3D printing) is a manufacturing process in which components are created by adding material. Additive manufacturing was developed over 30 years ago and today belongs to the group of primary molding processes. Additive manufacturing is being used more and more in industry. In order to increase resource efficiency and reduce energy consumption as well as to optimize materials, a lot of research is being done on the topic of additive manufacturing. Manufacturing processes are divided by basic material types: polymers, ceramics and metals and by primary manufacturing characteristics. The most common additive manufacturing processes for metals are powder bed-based melting, buildup welding and free-jet binder deposition. Powder bed-based melting is further differentiated by the energy source: laser or electron beam. Powder bed based laser melting is very common due to its simpler application and use, in addition to producing parts without intermediate steps compared to buildup welding or free jet binder deposition. In this work, the unidirectional samples are used to determine the properties of individual layers. The known measurement techniques are used to characterize the mechanical and thermal properties.