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Qualifizierung von AM-Werkstoffen unter Betriebsbedingungen
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Neues aus der AM-Szene mit Michael Krämer vom AMC in Darmstadt über "Qualifizierung von AM-Werkstoffen unter Betriebsbedingungen"
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Veranstaltungssprache
- Deutsch
Neues aus der AM-Szene mit Michael Krämer vom AMC in Darmstadt über "Qualifizierung von AM-Werkstoffen unter Betriebsbedingungen"
Universität Darmstadt
Die Qualifizierung additiv gefertigter Werkstoffe für sicherheitskritische Komponenten im Maschinen- und Anlagenbau stellt hohe Anforderungen an die Lebensdauerbewertung. Beim Selektiven Laserschmelzen (PBF-LB/M) entstehen mikrostrukturelle Besonderheiten wie Porosität, Rauheit und orientierungsabhängige Kornstrukturen, die das mechanische Verhalten unter Betriebsbedingungen (Ermüdung und Kriechbelastung) beeinflussen. Auch wenn die Leistungsfähigkeit von AM-Komponenten oft gleichwertig oder höher liegt als konventionell hergestellte Varianten, müssen diese Effekte in der Auslegung bereits in frühen Entwicklungsphasen berücksichtigt werden.
Der Vortrag zeigt kombinierte Forschungsarbeiten zu Nickelwerkstoffen, die auf eine belastungsgerechte Qualifizierung unter realitätsnahen Betriebsbedingungen abzielen. Für zyklische Belastungen wird ein Modellansatz präsentiert, der die zyklische R-Kurve integriert, um den Übergang zwischen Kurz- und Langrisswachstum präziser abzubilden. Dieses Vorgehen erlaubt eine Bruchmechanik-basierte Bewertung der prozesscharakteristischen Defektstruktur und Ermittlung der Dauerfestigkeit ohne umfangreiche Versuchsreihen.
Bild 1: links: Schematisches Schwellenwert-Prüfverfahren mit Kompressionsvorriss; rechts: SENT Probe mit ACPD Rissmonitoring
Für langzeitige Kriechbelastung werden Bauteilentnommene und Prozessbegleitende Zugproben bis über 10.000 h untersucht, um den Einfluss von Bauorientierung und Designfeatures auf die Zeitstandfestigkeit zu erfassen. Die Ergebnisse zeigen, welche lebensdauerrelevanten Einflüsse von Design- und Produktionsaspekte auf Einflüsse auf das Langzeitverhalten besitzen.
Bild 2: Übersicht über AM-spezifische Probengeometrien
Die vorgestellten Methoden leisten einen Beitrag zur robusten Qualifizierung von PBF-LB/M Bauteilen und ermöglichen beschleunigte Entwicklungszyklen bei gleichzeitig erhöhten Sicherheitsreserven im Turbomaschineneinsatz.
Bild 3: Überblick über Zugeingeschaften für bauteilentnommene und prozessbegleitende Zugproben
Über den Vortragenden:
Dr.-Ing. Michael Krämer ist Geschäftsführer des Additive Manufacturing Centers (AMC) der TU Darmstadt und seit über 12 Jahren in der Forschung zu Hochtemperatur- und additiv gefertigten Werkstoffen tätig. Seine Promotion zum Rissverhalten in Nickellegierungen schloss er im Jahr 2018 ab. Sein Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz neuer Prüfmethoden und der Erforschung von Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen zur effizienten Qualifizierung sicherheitskritischer Komponenten aus additiver Fertigung für den Maschinen- und Anlagenbau. Dr. Krämer ist in mehreren nationalen und internationalen Gremien zum Werkstoffverhalten aktiv (DVG, DGM, ASTM, ASME).
Der Vortrag zeigt kombinierte Forschungsarbeiten zu Nickelwerkstoffen, die auf eine belastungsgerechte Qualifizierung unter realitätsnahen Betriebsbedingungen abzielen. Für zyklische Belastungen wird ein Modellansatz präsentiert, der die zyklische R-Kurve integriert, um den Übergang zwischen Kurz- und Langrisswachstum präziser abzubilden. Dieses Vorgehen erlaubt eine Bruchmechanik-basierte Bewertung der prozesscharakteristischen Defektstruktur und Ermittlung der Dauerfestigkeit ohne umfangreiche Versuchsreihen.
Bild 1: links: Schematisches Schwellenwert-Prüfverfahren mit Kompressionsvorriss; rechts: SENT Probe mit ACPD Rissmonitoring
Für langzeitige Kriechbelastung werden Bauteilentnommene und Prozessbegleitende Zugproben bis über 10.000 h untersucht, um den Einfluss von Bauorientierung und Designfeatures auf die Zeitstandfestigkeit zu erfassen. Die Ergebnisse zeigen, welche lebensdauerrelevanten Einflüsse von Design- und Produktionsaspekte auf Einflüsse auf das Langzeitverhalten besitzen.
Bild 2: Übersicht über AM-spezifische Probengeometrien
Die vorgestellten Methoden leisten einen Beitrag zur robusten Qualifizierung von PBF-LB/M Bauteilen und ermöglichen beschleunigte Entwicklungszyklen bei gleichzeitig erhöhten Sicherheitsreserven im Turbomaschineneinsatz.
Bild 3: Überblick über Zugeingeschaften für bauteilentnommene und prozessbegleitende Zugproben
Über den Vortragenden:
Dr.-Ing. Michael Krämer ist Geschäftsführer des Additive Manufacturing Centers (AMC) der TU Darmstadt und seit über 12 Jahren in der Forschung zu Hochtemperatur- und additiv gefertigten Werkstoffen tätig. Seine Promotion zum Rissverhalten in Nickellegierungen schloss er im Jahr 2018 ab. Sein Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz neuer Prüfmethoden und der Erforschung von Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaftsbeziehungen zur effizienten Qualifizierung sicherheitskritischer Komponenten aus additiver Fertigung für den Maschinen- und Anlagenbau. Dr. Krämer ist in mehreren nationalen und internationalen Gremien zum Werkstoffverhalten aktiv (DVG, DGM, ASTM, ASME).
