3DWelding: Additive Fabrication of Structural Steel Elements

Publikation: StudienabschlussarbeitDissertation

Abstract

Der Einsatz additiver Fertigungsverfahren geht aufgrund aktueller technologischer Fortschritte in Robotik, Materialwissenschaft und Prozessentwicklung weit über das Feld des Rapide Prototyping hinaus. In dieser Arbeit werden die Möglichkeiten des 3D-Drucks mit Stahl (Wire and Arc Additive Manufacturing, kurz WAAM) für den konstruktiven Stahlbau untersucht. Verwendet werden dafür ausschließlich unlegierte Massivdrähte, deren Festigkeiten nominell höher liegen, als die der gängigen Stahlsorten (S235, S275, S355) im konstruktiven Stahlbau. Untersucht wird vorrangig, ob durch das verwendete Verfahren und die damit einhergehenden Charakteristika Festigkeitsverluste im Vergleich zur nominellen Materialgüte des Zusatzwerkstoffs zu erwarten sind und wie groß diese ausfallen. Dabei sind vor allem der Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter wie Drahtvorschubgeschwindigkeit, TCP-Geschwindigkeit und Zwischenlagentemperatur sowie die Auswirkungen unterschiedlicher Pfadplan- und Aufbaustrategien (Singletrack, Multitrack oder gependelt) von Interesse.
Um schließlich einen sicheren und robusten Prozess sowie reproduzierbare Ergebnisse gewährleisten zu können, steht am Ende der Untersuchung für jedes Material ein definiertes Parameterfenster, also eine Übersicht über die verwendbaren Parametersets. Durch Parameterstudien, Analysen der Mikrostruktur und Materialtests in unterschiedliche Belastungsrichtungen wird sichergestellt, dass in diesem Parameterfenster, bei Einhaltung der festgelegten Zwischenlagentemperatur, die aufgebaute Struktur stets die notwendigen Anforderungen an Festigkeit und Steifigkeit erfüllt. Diese Ergebnisse werden durch Härtemappings verifiziert.
Anschließend werden als Proof-of-Concept verschiedene Casestudies untersucht. Dabei werden die hergestellten Bauteile unter verschiedenen Gesichtspunkten untersucht. Dazu zählen unter anderem die Messung prozessbedingter Eigenspannungen, das Überprüfen auf oberflächige Mikrorisse oder die Bestimmung der Traglast der Bauteile.
Originalsprachedeutsch
QualifikationDoktor der Technik
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Peters, Stefan, Betreuer
Datum der Bewilligung10 Nov. 2022
PublikationsstatusVeröffentlicht - 10 Nov. 2022

Schlagwörter

  • Wire and Arc Additive Manufacturing
  • WAAM
  • Auftragsschweißen
  • 3D-Druck
  • Additive Fertigung im Stahlbau
  • CMT
  • Parameterstudien

Fields of Expertise

  • Sustainable Systems

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