TY - THES

T1 - Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Einfluss der Einspannung beim WAAM-Prozess

AU - Wallner, Daniel

N1 - gesperrt bis 30-09-2024

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Den Hauptaspekt der vorliegenden Masterarbeit bildet die experimentelle und numerische Untersuchung der Einspannung beim WAAM-Prozess. Das sogenannte Wire + Arc Additive Manufacturing (WAAM) bezeichnet dabei ein draht- sowie lichtbogenbasiertes, additives Fertigungsverfahren, bei welchem das zu fertigende Bauteil Schicht für Schicht mittels eines modifizierten Auftragsschweißprozesses generiert wird. Aufbauend auf einer zu Beginn durchgeführten Literaturrecherche bezüglich wichtiger Themengebiete diese Masterarbeit betreffend, folgt im Anschluss eine umfassende numerische Parameterstudie, welche sich mit der thermo-mechanischen Struktursimulation an sich sowie mit einer numerischen Analyse der Einspannbedingungen beim WAAM-Prozess beschäftigt. Diese wurde dabei mit dem FE-Programm Simufact-Welding erstellt. Die wesentlichen Parameter, welche in dieser Studie variiert wurden, sind der thermomechanische Entkopplungsgrad, die verwendete Netzfeinheit, die Schraubenmodellierung und die Ausspannreihenfolge der Spannelemente sowie die verwendete Einspannkonfiguration. Im experimentellen Teil dieser Arbeit wurde zu Beginn eine Parameterfindung hinsichtlich des WAAM-Prozesses für den Werkstoff Ti-6Al-4V durchgeführt. Darauf aufbauend wurden im Anschluss ein normaler sowie ein gependelter Steg mittels WAAM auf eine Grundplatte aufgebaut. Dabei wurden die Temperaturverläufe in ausgewählten Punkten mittels Thermoelementen aufgezeichnet und somit die Temperaturfelder der dazugehörigen numerischen Modelle kalibriert. In weiterer Folge wurden Schweißversuche durchgeführt, bei denen neben den Temperatur-verläufen auch die Verläufe der Schraubenkräfte in den Einspannungen sowie die Dehnungen auf der Grundplattenoberfläche und der Verzug der Grundplatten ermittelt wurden. Den Abschluss dieser Arbeit bildet der nachfolgende Vergleich zwischen den experimentell ermittelten und den dazugehörigen numerisch berechneten Werten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen deutlich, dass sich sowohl die Kraftverläufe der Einspannung als auch die Spannungsverläufe an der Grundplattenoberfläche qualitativ gut mit Hilfe einer numerischen Simulation abschätzen lassen, wobei jedoch signifikante Unterschiede zwischen den numerisch und experimentell ermittelten Werten evaluiert wurden.

AB - Den Hauptaspekt der vorliegenden Masterarbeit bildet die experimentelle und numerische Untersuchung der Einspannung beim WAAM-Prozess. Das sogenannte Wire + Arc Additive Manufacturing (WAAM) bezeichnet dabei ein draht- sowie lichtbogenbasiertes, additives Fertigungsverfahren, bei welchem das zu fertigende Bauteil Schicht für Schicht mittels eines modifizierten Auftragsschweißprozesses generiert wird. Aufbauend auf einer zu Beginn durchgeführten Literaturrecherche bezüglich wichtiger Themengebiete diese Masterarbeit betreffend, folgt im Anschluss eine umfassende numerische Parameterstudie, welche sich mit der thermo-mechanischen Struktursimulation an sich sowie mit einer numerischen Analyse der Einspannbedingungen beim WAAM-Prozess beschäftigt. Diese wurde dabei mit dem FE-Programm Simufact-Welding erstellt. Die wesentlichen Parameter, welche in dieser Studie variiert wurden, sind der thermomechanische Entkopplungsgrad, die verwendete Netzfeinheit, die Schraubenmodellierung und die Ausspannreihenfolge der Spannelemente sowie die verwendete Einspannkonfiguration. Im experimentellen Teil dieser Arbeit wurde zu Beginn eine Parameterfindung hinsichtlich des WAAM-Prozesses für den Werkstoff Ti-6Al-4V durchgeführt. Darauf aufbauend wurden im Anschluss ein normaler sowie ein gependelter Steg mittels WAAM auf eine Grundplatte aufgebaut. Dabei wurden die Temperaturverläufe in ausgewählten Punkten mittels Thermoelementen aufgezeichnet und somit die Temperaturfelder der dazugehörigen numerischen Modelle kalibriert. In weiterer Folge wurden Schweißversuche durchgeführt, bei denen neben den Temperatur-verläufen auch die Verläufe der Schraubenkräfte in den Einspannungen sowie die Dehnungen auf der Grundplattenoberfläche und der Verzug der Grundplatten ermittelt wurden. Den Abschluss dieser Arbeit bildet der nachfolgende Vergleich zwischen den experimentell ermittelten und den dazugehörigen numerisch berechneten Werten. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen deutlich, dass sich sowohl die Kraftverläufe der Einspannung als auch die Spannungsverläufe an der Grundplattenoberfläche qualitativ gut mit Hilfe einer numerischen Simulation abschätzen lassen, wobei jedoch signifikante Unterschiede zwischen den numerisch und experimentell ermittelten Werten evaluiert wurden.

KW - WAAM

KW - Additive Fertigung

KW - Ti-6Al-4V

KW - Titan

KW - Schweißstruktursimulation

KW - CMT-Schweißen

KW - Simufact Welding

KW - WAAM

KW - Additive Manufacturing

KW - Ti-6Al-4V

KW - Titanium

KW - Welding Simulation

KW - CMT-Welding

KW - Simufact Welding

M3 - Masterarbeit

ER -