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Vortrag

Festigkeitscharakterisierung filigraner additiv gefertigter Keramikkomponenten

Wednesday (04.12.2019)
11:50 - 12:10 Uhr

Die additive Fertigung erlaubt den Aufbau komplexer Körper in einer einzigartigen von keinem anderen Fertigungsverfahren bekannten Formenvielfalt. Dies erlaubt es, die Bauteilfunktion noch stärker in den Vordergrund des Gestaltungsprozesses zu bringen und somit neuartige Bauteilformen für eine Vielzahl von Anwendungen umzusetzen. Von besonderem Interesse sind dabei filigrane Bauteile wie zum Beispiel miniaturisierte Wärmetauscher und Mikroreaktoren höchster Leistungsdichte. Bisher bekannte Verfahren haben jedoch die Eigenschaft, dass die Körper räumlich diskret aufgebaut werden, so dass allgemein orientierte glatte Oberflächen im Allgemeinen nicht erzeugt werden können. Insbesondere bei keramischen Werkstoffen, die keine Duktilität besitzen, entstehen so festigkeitsrelevante Kerben. Der Einfluss dieser mit der Fertigungsrichtung variierender Oberflächenstrukturen muss bei der Auslegung von beanspruchten Bauteilen zwingend berücksichtigt werden. Eine rein materielle Betrachtung ist insbesondere bei filigranen Bauteilen nicht ausreichend. Zur Bereitstellung aussagekräftiger Festigkeitskennwerte werden Verfahren zur Charakterisierung von typischen tragenden Komponenten in Echtgröße und in Abhängigkeit von deren Orientierung im Fertigungsprozess für hohe Probenzahlen benötigt. Dieser Beitrag stellt einen ersten Ansatz für die Bestimmung der Biegefestigkeit kleiner keramischer Strukturen vor. Hierbei wird eine einseitig fixierte Biegeprobe mit veränderlichem Querschnitt zur Sicherstellung einer konstanten maximalen Biegespannung entwickelt. Durch den gleichzeitigen Druck einer Vielzahl solcher Proben auf einer Grundplatte, einer teilautomatisierten Bruchversuchsdurchführung, der Veränderung der Aufbaurichtung im Fertigungsprozess sowie der Größenskalierung der Proben können eine Vielzahl von Proben effizient hergestellt und charakterisiert werden. Die Probenherstellung und der Ablauf des Testverfahrens wird am Beispiel von Al2O3-Proben demonstriert, die mittels der CerAM VPP-Technologie (Nassphotopolymerisations) auf dem kommerziell erhältlichen CeraFab 7500 (Lithoz, Wien, Österreich) aus der ebenfalls kommerziellen Suspension Lithalox 350D (Lithoz, Wien, Österreich) hergestellt wurden. Der beobachtete Effekt der Probenorientierung währende der Fertigung auf die Festigkeit beträgt mehr als 30 %.

Sprecher/Referent:
Dr. Peter Neumeister
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Weitere Autoren/Referenten:
  • Uwe Scheithauer
    Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
  • Sven Roszeitis
    Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
  • Eric Schwarzer
    Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
  • Dr. Paul Gierth
    Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
  • Sebastian Scholz
    Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
  • Johannes Abel
    Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
  • Steven Weingarten
    Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS