Drucksache - Skalenübergreifende Charakterisierung und Modellierung additiv gefertigter Gitterstrukturen

Die additive Fertigung überwindet Restriktionen herkömmlicher Fertigungsverfahren und ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien, wie z.B. Gitterstrukturen. Dabei führt der schichtweise Materialauftrag zu anisotropen Materialeigenschaften und die großen thermischen Gradienten zu Eigenspannungen im späteren Bauteil.

Der Einsatz additiv gefertigter komplexer Strukturen für technische Anwendungen verlangt nach zuverlässigen Modellen zur Beschreibung der resultierenden Eigenschaften. In einer Kooperation des Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, des Leichtbauzentrum Sachsen GmbH und der Professur für Numerische und Experimentelle Festkörpermechanik der TU Dresden wird deshalb ein skalenübergreifender Charakterisierungs- und Simulationsansatz für mittels SLM (Selective Laser Melting) gefertigte Gitterstrukturen aus AlSi10Mg entwickelt.

Das Basismaterial wird durch Zugversuche an additiv gefertigten Probekörpern charakterisiert. Des Weiteren geben Simulationen an einer Gittereinheitszelle Aufschluss über effektive mechanische Eigenschaften der makroskopischen Gitterstruktur. Die prozessbedingten Imperfektionen werden mittels Reverse Engineering in Kooperation mit der gleichnamigen Arbeitsgruppe an der Professur für Konstruktionstechnik/CAD der TU Dresden zunächst identifiziert und anschließend quantitativ in der Modellierung der Gittereinheitszelle berücksichtigt. Die Performance der daraus ableitbaren homogenen Ersatzstruktur wird in virtuellen Experimenten einem vollaufgelösten FE-Modell gegenübergestellt. In einem letzten Schritt validieren reale Experimente an Gitterprobekörpern für Schub-, Druck-, Torsions- und Zugversuche die entwickelten Modelle.