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Eine neue Studie zum 3D-Druck von Metall im Bauwesen

Eine neue Studie zum 3D-Druck von Metall im Bauwesen

"Fatigue strengthening of damaged steel members using wire arc additive manufacturing" von Elyas Ghafoori et al.

In dieser Studie wird ein Verfahren zur gerichteten Energieabscheidung (Directed Energy Deposition, DED), das sogenannte Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), zur Ermüdungsfestigung von beschädigten Stahlbauteilen eingesetzt. Drei Stahlproben mit zentralen Rissen wurden unter hochzyklischer Ermüdungsbelastung (High Cycle Fatigue, HCF) getestet: (1) die Referenzprobe, (2) die WAAM-reparierte Probe mit einem "as-deposited" Profil und (3) die WAAM-reparierte Probe, die zur Reduzierung der Spannungskonzentrationsfaktoren (Stress Concentration Factor, SCF) bearbeitet wurde. Die entsprechende Finite-Elemente-Simulation (FE) des WAAM-Prozesses wurde anhand statischer Versuchsergebnisse kalibriert, die den Hauptmechanismus aufzeigten. Es wurde festgestellt, dass das Verfahren aufgrund der thermischen Kontraktion der Reparatur Druckeigenspannungen an der Rissspitze erzeugt. Die FE-Ergebnisse zeigten auch, dass an der Wurzel des WAAM-Materials, wie es abgeschieden wurde, eine Spannungskonzentration besteht; diese Spannungskonzentration kann durch die Bearbeitung des WAAM-Materials zu einer pyramidenartigen Form gemildert werden. Die fraktografische Analyse zeigte, dass die Risse an der Grenzfläche zwischen WAAM und Stahl entstanden sind, und mikroskopische Beobachtungen zeigten, dass die Mikrorisse durch die Porositäten in der geschmolzenen Grenzfläche aufgehalten wurden. Die Ergebnisse dieser bahnbrechenden Studie deuten darauf hin, dass die WAAM-Reparatur eine vielversprechende Technik zur Bekämpfung von Ermüdungsschäden in Stahlkonstruktionen ist.

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