Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Functionally graded porous scaffolds (FGPS) constructed with pores of different size arranged as spatially continuous structure based on sheet-based gyroid with three different scaling factors of 0.05, 0.1 and 0.2 were produced by electron beam powder bed fusion. The pore dimensions of the obtained scaffolds satisfy the values required for optimal bone tissue ingrowth. Agglomerates of residual powder were found inside all structures, which required post-manufacturing treatment. Using X-ray Computed Tomography powder agglomerations were visualized and average wall thickness, wall-to-wall distances, micro- and macro-porosities were evaluated. The initial cleaning by powder recovery system (PRS) was insufficient for complete powder removal. Additional treatment by dry ultrasonic vibration (USV) was applied and was found successful for gyroids with the scaling factors of 0.05 and 0.1. Mechanical properties of the samples, including quasi-elastic gradients and first maximum compressive strengths of the structures before and after USV were evaluated to prove that additional treatment does not produce structural damage. The estimated quasi-elastic gradients for gyroids with different scaling factors lie in a range between 2.5 and 2.9 GPa, while the first maximum compressive strength vary from 52.5 for to 59.8 MPa, compressive offset stress vary from 46.2 for to 53.2 MPa.
Untersuchung zur Herstellung von Cu-Strukturen mittels Wire Electron Beam Additive Manufacturing
(2022)
Das Additive Manufacturing gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Fertigung metallischer Bauteile im industriellen Umfeld. Hierbei wird zunehmend auch auf drahtförmige Ausgangswerkstoffe gesetzt, da diese Vorteile im Handling bieten, bereits in der Industrie etabliert sind und sich in der Regel durch geringere Beschaffungskosten auszeichnen. In den letzten Jahren entwickelte sich neben den bereits im großen Umfeld untersuchten Wire-DED-Verfahren auch eine Prozessvariante unter Nutzung des Elektronenstrahls zur industriellen Marktreife. Dabei zeigt die als Wire Electron Beam Additive Manufacturing bezeichnete Technologie besondere Vorteile gegenüber anderen, zumeist Laser- oder Lichtbogen-basierten DED-Prozessen. Das Verfahren bietet vor allem Potenzial für die Verarbeitung von hochleitfähigen, reflektierenden oder oxidationsgefährdeten Werkstoffen. Insbesondere für die Herstellung von Bauteilen aus Kupferlegierungen zeigt sich der Elektronenstrahl als besonders geeignet. Um das Verfahren einem breiten Anwenderkreis in der Industrie zugänglich zu machen, fehlen jedoch übergreifende Daten zu Leistungsfähigkeit, Prozessgrenzen und Anwendungsmöglichkeiten. Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit dieser Problemstellung am Beispiel zweier Cu-Werkstoffe. Dabei werden ein korrosionsbeständiger Werkstoff aus dem maritimen Bereich sowie eine Bronze mit guten Verschleißeigenschaften aus dem Anlagenbau getestet.
Über mehrstufige Testschweißungen wurden die physikalisch möglichen Prozessgrenzen ermittelt und Rückschlüsse über die Eignung der Parameter zum additiven Aufbau gezogen. Hierfür wurden zunächst optimale Bereiche für den Energieeintrag anhand von Volumenenergie sowie mögliche Schweißgeschwindigkeiten untersucht.
Anschließend wurde die Skalierbarkeit des Prozesses anhand von Strahlstrom und Drahtvorschub getestet.
Als wesentliche Zielgrößen wurden dabei Spurgeometrie, Aufmischung und Härte herangezogen. Die Eignung der ermittelten Parameter wurde im letzten Schritt exemplarisch anhand einer additiven Testgeometrie in Form eines Zylinders nachgewiesen.
The electrospun fibers with micrometer diameter show ribbon-like morphology, the physical features are further studied by Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) and Raman and XPS Spectroscopy is used to study the changes after irradiation. Partial electron beam treatment of the electrospun mats lead to localized fluorescence with a broad band emission. The change in the optical response of the fluorescent area in the mats is measured under different chemical environments to evaluate their suitability as an optical chemical sensor in polar and non polar environments.