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Forscher der University of Limerick in Irland haben die mechanischen Eigenschaften von 3D-gedruckten Metallwabenstrukturen unter unterschiedlichen Belastungsraten untersucht. Wabenförmige Gitterstrukturen finden dank ihrer beeindruckenden Festigkeit zunehmend Anwendung in der Luft- und Raumfahrt sowie Biomedizintechnik.
In der ersten Studie dieser Art wurden die Metallgitter aus Edelstahl 316L mittels Laser-Pulverbettfusion (LPBF) und Material-Extrusion (ME) hergestellt. Anschließend testeten Dr. Solomon Obadimu und Associate Professor Kyriakos Kourousis, wie sich unterschiedliche Belastungsgeschwindigkeiten auf das Versagensverhalten der Strukturen auswirken – mit Fokus auf den ME-Prozess.
Mittels Digitaler Bildkorrelation (DIC) analysierten sie, wie die Gitter bei unterschiedlich schneller Seitenlast versagten. Statistische Modelle und Gleichungen dienten dazu, dieses Verhalten vorherzusagen.
“Unsere Ergebnisse tragen nicht nur zur Weiterentwicklung der additiven Fertigung bei, sondern haben auch erhebliche Auswirkungen auf Anwendungen in der Industrie”, so die Wissenschaftler. Die Studie zeigte, dass sowohl LPBF- als auch ME-gefertigte Wabenstrukturen von der Belastungsrate beeinflusst werden. Mit steigender Geschwindigkeit nahmen Energieaufnahme, Streck- und Druckspannungen zu, nicht aber E-Modul und Verdichtungsdehnung.
Bei den ME-Proben wiesen kleinere Wabenzellen mit höherer Dichte eine größere Festigkeit auf. Zudem führte die Wärmeentwicklung beim Prüfvorgang zu thermischer Aufweichung. Digital überwachte Deformationsmuster zeigten drei Formen: Vertikales “I”, “X” sowie diagonale Scherbeanspruchungen.
Obwohl geometrisch identisch, variierten die Ergebnisse bei gleichen Strukturen. Das kompressive Verhalten hing stark vom jeweils verwendeten AM-Prozess ab, wobei ME stärkere Schwankungen aufwies.
Insgesamt liefert die Studie wichtige Erkenntnisse für potenzielle Anwendungen der robusten 3D-gedruckten Metallgitter in der Industrie. Details findet man in der wissenschaftlichen Arbeit “Load-rate effects on the in-plane compressive behaviour of additively manufactured steel 316L honeycomb structures“.
