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2017 | Buch

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Methodik und Richtlinien für die Konstruktion von laseradditiv gefertigten Leichtbaustrukturen

verfasst von: Jannis Kranz

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : Light Engineering für die Praxis

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Die laseradditive Fertigung bietet durch ihre hohe geometrische Gestaltungsfreiheit insbesondere für Leichtbauanwendungen in der Luftfahrt großes Potential. Vor diesem Hintergrund erfolgt im Rahmen der Arbeit die Entwicklung von Konstruktionsrichtlinien für die verfahrensgerechte Bauteilkonstruktion und ihre Übertragung auf eine Methodik für die Konstruktion mittels laseradditiver Fertigung hergestellter Leichtbaustrukturen. Das Vorgehen wird anhand von zwei Bauteilen aus der Luftfahrtindustrie erarbeitet und demonstriert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Einleitung

Zusammenfassung

Viele Industriesektoren sind heute mit stetig steigenden Rohstoffpreisen konfrontiert. Erhöhte Herstellungs- und Betriebskosten der Produkte können die Folge sein. Eine Reduktion von Material- und Energieverbräuchen kann zu entsprechenden Wettbewerbsvorteilen führen.

Jannis Kranz

Chapter 2. Stand der Technik

Zusammenfassung

Dieses Kapitel dient der Darstellung des für die vorliegende Arbeit relevanten Stands der Technik. Im Rahmen der Zusammenfassung der Grundlagen der methodischen Produktentwicklung erfolgt zunächst die Darstellung der grundlegenden Zusammenhänge von Produktentwicklungsmethoden sowie der Gestaltung von Bauteilen. Daran anknüpfend wird die laseradditive Fertigung erörtert.

Jannis Kranz

Chapter 3. Methodische Herangehensweise

Zusammenfassung

Kapitel 1 und 2 zeigen auf, dass die laseradditive Fertigung von TiAl6V4 aufgrund der hohen geometrischen Gestaltungsfreiheit neue Ansätze für Produkte, insbesondere des Leichtbaus, liefert. Die Fertigungsrestriktionen der laseradditiven Fertigung sind jedoch gegenwärtig nur unzureichend erfasst [Emm11a, Emm11b, Emm11c, Geb07]. Verfügbare Studien im Bereich der Fertigungsrichtlinien liefern gegenwärtig lediglich rudimentäre Empfehlungen hinsichtlich grundlegender Prozessrestriktionen, dem Bauteildesign sowie der Endbearbeitung, vergleiche Abschnitt 2.2.5.

Jannis Kranz

Chapter 4. Grundlegende Fertigungsrestriktionen von LAM für TiAl6V4

Zusammenfassung

Für die laseradditive Fertigung (LAM) besteht die Notwendigkeit, einen für die Konstruktion von Strukturbauteilen hinreichend ausführlichen Katalog mit grundlegenden Konstruktionsrichtlinien gestalterischer Natur zu erarbeiten, vergleiche auch Abschnitt 2.2.5. Unter anderem können so die Reproduzierbarkeit und insbesondere die wirtschaftliche Herstellbarkeit von Bauteilen sowie eine Nutzung der hohen gestalterischen Freiheiten der laseradditiven Fertigung, siehe Abschnitt 2.2.5, unterstützt werden [Kru05b]. Vor diesem Hintergrund hat diese Arbeit jedoch nicht das Ziel, die vorherrschenden Prozessrandbedingungen gänzlich zu erschließen.

Jannis Kranz

Chapter 5. Konstruktionskatalog für LAM Leichtbaustrukturen aus TiAl6V4

Zusammenfassung

Bedingt durch den schichtweisen und iterativen Bauteilaufbau bei der laseradditiven Fertigung, siehe Abschnitt 2.2.1, weisen diese Verfahren, ähnlich konventionellen Fertigungsverfahren, ihnen eigene und für die Bauteilgestaltung zu berücksichtigende Fertigungsrestriktionen auf. Um unter anderem einen stabilen Fertigungsprozess, die gewünschte Bauteilqualität oder eine hohe Ausschöpfung der gestalterischen Verfahrensfreiheiten gewährleisten zu können, gilt es diese Restriktionen insbesondere im Rahmen der konstruktiven Bauteilgestaltung zu berücksichtigen [Ada15, Zha14].

Jannis Kranz

Chapter 6. Entwicklung einer Methodik zur Bauteilgestaltung

Zusammenfassung

Im Rahmen der methodischen Produktentwicklung, vergleiche Abschnitt 2.1, gilt es neben durch Kundenwünsche definierte Anforderungen insbesondere die Produktgestalt beeinflussende Restriktionen des Fertigungsverfahrens sowie des Konstruktionsprozesses zu berücksichtigen. So bestimmen die ausgewählten Fertigungsprozesse maßgeblich realisierbare Bauteilgeometrien sowie –funktionalitäten [Pah07]. Kapitel 4 und 5 konnten erfolgreich grundlegende Verfahrensrestriktionen der laseradditiven Fertigung von TiAl6V4 aufzeigen.

Jannis Kranz

Chapter 7. Methodikanwendung an einem Demonstrator

Zusammenfassung

Im Rahmen dieses Abschnitts erfolgt die Anwendung der in Kapitel 6 entwickelten Methodik anhand eines weiteren Demonstratorbauteils. Dabei ist es das Ziel aufzuzeigen, dass die Anwendung der Methodik dabei unterstützt, Bauteile fertigungsgerecht zu konstruieren und so eine robuste Fertigung sowie den fehlerfreien Einsatz des Bauteils gemäß Anforderungen ermöglicht. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass aus Gründen der Vertraulichkeit nicht sämtliche Daten sowie Auslegungsschritte kommuniziert werden dürfen.

Jannis Kranz

Chapter 8. Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung

Die laseradditive Fertigung bietet durch ihre hohe geometrische Gestaltungsfreiheit insbesondere für Leichtbauanwendungen in der Luftfahrt, u.a. belastungsangepasste Strukturen, großes Potential zur Gewichtsreduktion. Die dem Prozess inhärenten und bei der Konstruktion zu berücksichtigenden Restriktionen unterscheiden sich gegenüber konventionellen Verfahren, wie etwa der Zerspanung, in der Regel jedoch deutlich. Auf die laseradditive Fertigung ausgerichtete Richtlinien oder Methoden für die Bauteilkonstruktion sind bislang kaum verfügbar.

Jannis Kranz

Backmatter

Titel: Methodik und Richtlinien für die Konstruktion von laseradditiv gefertigten Leichtbaustrukturen
verfasst von: Jannis Kranz
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-55339-8
Print ISBN: 978-3-662-55338-1
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-55339-8

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