Kurzbeschreibung

Im Laufe der letzten Jahre hat die additive Fertigung (AM) in der Forschung große Aufmerksamkeit genossen und sich im Bereich der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Industrie von hochperformanten Automobilen als Fertigungsprozess etabliert [1]. Insbesondere das pulverbettbasierte Schmelzen (PBF) hat durch seine Herstellungsfähigkeit von steifigkeitsoptimierten und integralen Bauteilen die Möglichkeiten des Leichtbaus in diesen Industrien erweitert. Doch die daraus entstehenden leichten, steifen und integralen Bauteile sind in der Regel gering gedämpft und dadurch anfällig für Vibrationen. Aus diesem Grund wurden und werden unterschiedliche Strukturdämpfungsmöglichkeiten für PBF-Bauteile erforscht. Eine Möglichkeit ist die Partikeldämpfung, bei der loses Pulver während des Herstellungsprozesses im Bauteil verbleibt und unter Vibration durch Reibung und inelastische Stöße kinetische Energie in thermische Energie dissipiert und die Vibration dämpft.

Der Dämpfungseffekt dieser Partikeldämpfer wurde in einigen Studien gezeigt [2–16] und in einer kürzlich erschienenen Studie [17] für dünne Kavitäten an AlSi10Mg-Proben untersucht. Die dünnen Kavitäten haben den Vorteil in flächige Bauteile wie Turbinenschaufeln integriert werden zu können, ohne dabei die statische Integrität des flächigen Bauteils stark zu beeinträchtigen. Doch die drei in der Studie analysierten Probekörper zeigen einen streuenden Dämpfungseffekt. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass Parameter im Fertigungsprozess, wie zum Beispiel der Abstand der Proben zueinander oder die Positionierung und Orientierung der Proben im Bauraum, einen Einfluss auf den Zustand des Pulvers in der Kavität haben und dies sich auf den Dämpfungseffekt der spezifischen Probe auswirken kann. Zusätzlich könnten Einflüsse der genutzten Produktionsmaschine und der Dicke des umgebenden geschmolzenen Materials einen Einfluss auf den Zustand des Pulvers in der Kavität haben.

In der ausgeschriebenen Masterarbeit sollen die obengenannten Einflüsse aus dem Fertigungsprozess auf den Zustand des Pulvers in der Kavität und die Dämpfungswirkung der Probekörper untersucht und korreliert werden. Die Aufgaben beinhalten:

  • Definition der zu untersuchenden Variablen und der Level (Maschinen, Positionierung, Orientierung, Abstand der Proben, Dicke des umgebenden Materials, etc.)
  • Erstellung eines Versuchsplans mittels statistischer Versuchsplanung [18]
  • Produktion der Probekörper
  • Analyse des Zustands des Pulvers (REM-Aufnahmen, Fließfähigkeitsmessung, Partikelgrößenmessung, etc.) anhand von Begleitproben
  • Analyse der Modalparameter der Probekörper mittels Scanning Laser Doppler Vibrometrie (SLDV)

Literatur

Quellenverzeichnis

Quellenverzeichnis

  1. Liu G, Zhang X, Chen X et al. (2021) Additive manufacturing of structural materials. Mater Sci Eng.: R: Rep 145:1–67. https://doi.org/10.1016/j.mser.2020.100596
  2. Scott-Emuakpor O, Beck J, Runyon B et al. (2021) Determining unfused powder threshold for optimal inherent damping with additive manufacturing. Addit Manuf 38:1–9. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101739
  3. Künneke T, Zimmer D (2021) Konstruktionsregeln für additiv gefertigte Partikeldämpfer/Design rules for additive manufactured particle dampers. Konstruktion 73:72–78. https://doi.org/10.37544/0720-5953-2021-11-12-72
  4. Goldin A, Scott-Emuakpor O, George T et al. (2021) Structural Dynamic and Inherent Damping Characterization of Additively Manufactured Airfoil Components. J Eng Gas Turbines Power 143:1-8. https://doi.org/10.1115/1.4050022
  5. Scott-Emuakpor O, Sheridan L, Runyon B et al. (2020) Vibration Fatigue Assessment of Additive Manufactured Nickel Alloy With Inherent Damping. In: Volume 8: Industrial and Cogeneration; Manufacturing Materials and Metallurgy; Marine; Microturbines, Turbochargers, and Small Turbomachines, 1st edn. American Society of Mechanical Engineers, pp 1–9
  6. Scott-Emuakpor O, Schoening A, Goldin A et al. (2020) Internal Geometry Effects on Inherent Damping Performance of Additively Manufactured Components. AIAA J 59:379–385. https://doi.org/10.2514/1.J059709
  7. Scott-Emuakpor O, George T, Runyon B et al. (2020) Assessing Additive Manufacturing Repeatability of Inherently Damped Nickel Alloy Components. J Eng Gas Turbines Power 142:031011-1-8. https://doi.org/10.1115/1.4044314
  8. Scott-Emuakpor O, Beck J, Runyon B et al. (2020) Validating a Multifactor Model for Damping Performance of Additively Manufactured Components. AIAA J 58:5440–5447. https://doi.org/10.2514/1.J059608
  9. Scott-Emuakpor O, Beck J, Runyon B et al. (2020) Multi-Factor Model for Improving the Design of Damping in Additively Manufactured Components. In: AIAA Scitech 2020 Forum, 1st edn. American Institute of Aeronautics and Astronautics, pp 1–12
  10. Ehlers T, Lachmayer R (2020) Einsatz additiv gefertigter Partikeldämpfer – eine Übersicht. In: Kaierle S, Rettschlag K, Lachmayer R (eds) Konstruktion für die Additive Fertigung 2019, 1st edn. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg, pp 123–142
  11. Scott-Emuakpor O, George T, Runyon B et al. (2019) Sustainability Study of Inherent Damping in Additively Manufactured Nickel Alloy. AIAA J 57:456–461. https://doi.org/10.2514/1.J057608
  12. Scott-Emuakpor O, George T, Beck J et al. (2019) Inherent Damping Sustainability Study on Additively Manufactured Nickel-Based Alloys for Critical Part. In: AIAA Scitech 2019 Forum, 1st edn. American Institute of Aeronautics and Astronautics, pp 1–19
  13. Scott-Emuakpor O, George T, Runyon B et al. (2018) Forced-Response Verification of the Inherent Damping in Additive Manufactured Specimens. In: Kramer S, Jordan JL, Jin H et al. (eds) Mechanics of Additive and Advanced Manufacturing, Volume 8, 1st edn. Springer International Publishing, Cham, pp 81–86
  14. Scott-Emuakpor O, George T, Runyon B et al. (2018) Investigating Damping Performance of Laser Powder Bed Fused Components With Unique Internal Structures. In: Volume 7C: Structures and Dynamics, 1st edn. American Society of Mechanical Engineers, pp 1–10
  15. Ehlers T, Tatzko S, Wallaschek J et al. (2021) Design of particle dampers for additive manufacturing. Addit Manuf 38:1–19. https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101752
  16. Ehlers T, Lachmayer R (2022) Design of Particle Dampers for Laser Powder Bed Fusion. Appl Sci 12:2237. https://doi.org/10.3390/app12042237
  17. Westbeld J, Coburg F von, Höfer P (2023) Forced-response characterization of PBF-LB/AlSi10Mg particle dampers with thin and flat cavities. PiAM
  18. Siebertz K (2017) Statistische Versuchsplanung. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg

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Julius Westbeld M.Sc.

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