Auslegung partikelgedämpfter Strukturbauteile für die Additive Fertigung

Autor: Tobias Ehlers

ISBN: 978-3-95900-791-7

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2023

Herausgeber der Reihe: Roland Lachmayer

Band-Nr.: IPEG 03/2023

Umfang: 218 Seiten, 80 Abbildungen

Schlagworte: Additive Fertigung, Partikeldämpfung, Pulverbettbasiertes Schmelzen von Metall mittels Laserstrahl (PBF-LB/M), Effect-Engineering, Motorradgabelbrücke

Kurzfassung: In der vorliegenden Arbeit wird eine Auslegungsmethode zur Integration des Effekts der Partikeldämpfung in additiv gefertigte Strukturbauteile erarbeitet. Der erste Aspekt dieser Arbeit widmet sich der experimentellen Charakterisierung laserstrahlgeschmolzener Partikeldämpfer aus Aluminium AlSi10Mg und Werkzeugstahl 1.2709. Neben dem Material, werden die relevanten Einflussfaktoren Anregungskraft, Frequenz und Hohlraumvolumen analysiert. Dazu wird eine Impulshammeranregung von Biegebalken durchgeführt und die Dämpfung über das Circle-Fit Verfahren ausgewertet. Dabei konnte für ausgewählte partikelgedämpfte Balken die Dämpfung um bis zu einem Faktor von 20 gegenüber einem vollversinterten Referenzbalken gesteigert werden. Anschließend wird ein mechanisches Ersatzmodell in Form eines Zweimassenschwingers aufgebaut, welches sowohl die Stoß-, als auch die Reibvorgänge im Partikeldämpfer abbilden kann. Im Ergebnis liegt ein verifiziertes mechanisches Ersatzmodell vor, welches eine Genauigkeit von 85% verglichen zum Experiment aufweist.
Darauf aufbauend werden Gestaltungsrichtlinien abgeleitet und eine Auslegungsmethode erarbeitet. Abschließend wird ein Demonstrator (Motorradgabelbrücke) unter den Gesichtspunkten einer niedrigen Masse bei gleichzeitig hoher Steifigkeit und Dämpfung ausgelegt. Die Auslegungsmethode konnte erfolgreich am Anwendungsbeispiel Gabelbrücke angewendet und die Dämpfung, verglichen zur vollversinterten Gabelbrücke, merklich gesteigert werden.