Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde

SLM-Topo: Entwicklung einer prozessspezifischen Topologieoptimierungsmethode für die Additive Fertigung von Leichtbaustrukturen am Beispiel des SLM-Verfahrens

M.Sc. Steffen Czink

Motivation

Die lastgerechte Gestaltung von Bauteilen mittels einer Topologieoptimierung nimmt in der industriellen Produktentstehung eine zunehmend wichtigere Rolle ein. Additiven Fertigungsverfahren wie zum Beispiel dem selektivem Laserschmelzen (SLM) werden ein hohes Potential in einer zukünftigen industriellen Nutzung zugesprochen. Das SLM-Verfahren zeichnet sich hierbei vor allem durch eine hohe Designflexibilität aus, wodurch sich das Verfahren ideal zur Fertigung topologieoptimierter Bauteile eignet.

Beim SLM-Verfahren werden Pulverschichten inkrementell aufgetragen und durch einen Laserstrahl lokal aufgeschmolzen, um ein Bauteil somit Schicht für Schicht aufzubauen. Aufbaufehler wie Poren beeinflussen dabei die Bauteilqualität und führen zu anisotropen und inhomogenen Materialeigenschaften, welche es bei der Entwicklung einer prozessspezifischen Topologieoptimierungsmethode zu berücksichtigen gilt.

Ziele

Übergeordnetes Ziel des vorliegenden Projekts ist die Entwicklung einer prozessspezifischen Topologieoptimierungsmethode für die Additive Fertigung von Leichtbaustrukturen. Hierbei sollen die aus dem SLM-Verfahren resultierenden anisotropen und inhomogenen Materialeigenschaften mitberücksichtigt werden, woraus sich folgende Zielsetzungen ergeben:

  • Charakterisierung des prozessbedingten mechanischen Materialverhaltens und Auflösung durch Zielpräparation lokal homogener Materialbereiche in Probenform
  • Charakterisierung und Korrelation zwischen Makrostruktur und mechanischen Kenngrößen des im SLM gefertigten Materials
  • Validierung der Leichtbauoptimierung durch mechanische Bauteilversuche an einem Demonstratorbauteil

Untersuchungen

  • Computertomografie (µCT) additiv gefertigter Testkörper
  • Ultraschallphasenspektroskopie (UPS) und Resonante Ultraschallspektroskopie (RUS)
  • Mechanische Charakterisierung
  • Metallografie
slm
Oberflächen- und Laserorientierungen im SLM-Prozess
slm
Prozesskammer des ORLAS Creator
slm
µCT Aufnahme eines additiv gefertigten Testkörpers