In-situ-Druckversuchen an additiv gefertigter Gitterstruktur

Anwendung der Zug- und Druckmaschine zur Durchführung von In-situ-Druckversuchen an additiv gefertigten Gitterstrukturen (Bereitgestellt mit freundlicher Genehmigung der Siemens AG) an einem Röntgen-Mikro-Computertomografen der BAM

Quelle: BAM

Die BAM entwickelt und bewertet zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Charakterisierung innerer Strukturen in Bauteilen sowie Fehlstellen im Mikrometerbereich und darunter. Eine quantitative 3D-Materialcharakterisierung wird durch den Einsatz höchstauflösender bildgebender Röntgenmethoden realisiert. Die BAM verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung von Mikro-Computertomographen (µCT), deren Möglichkeiten mittels Synchrotron-µCT an der BAMline am Berliner Elektronsynchrotron BESSY II erweitert wurde. Dies erlaubt eine visuelle und quantitative Defektcharakterisierung in der Größenskala von bis zu 0,001 mm. Für die Untersuchung kleinerer Defekte eignet sich die Synchrotron-Röntgenrefraktion (SynRef-CT) aufgrund der Detektierbarkeit kleiner Inhomogenitäten (Hohlräume oder Risse) unterhalb der räumlichen Auflösung optischer Mikroskopie und µCT. Zusätzlich wird bei der SynRef-CT die Statistik der Defektanalyse durch einen größeren Untersuchungsbereich verbessert.

Die BAM befasst sich außerdem mit der Spannungsanalyse mittels Röntgen-, Synchrotron- und Neutronenbeugung, die es erlaubt, den Spannungszustand eines Bauteils von der Oberfläche bis in das Vollmaterial zerstörungsfrei zu bewerten. Die mikromechanischen Grundlagen des Verformungsverhaltens von Metallen und Keramiken werden bei In-situ-Tests mit hochenergetischen Röntgenstrahlen sowie mit Neutronen untersucht.

Zerstörungsfreie Materialcharakterisierung ist ein zentraler Baustein für das Verständnis von metallischen Legierungen, Keramiken und Kompositmaterialien. Diese Untersuchungsmethoden dienen als Referenzverfahren und werden für die Charakterisierung und Validierung additiv gefertigter Materialien vom Pulver bis zum Bauteilversagen genutzt.

Additiv hergestellte Gitterstruktur

Gerendertes Volumen der additiv hergestellten Gitterstruktur (mit freundlicher Genehmigung der Siemens AG), das während der Druckprüfung mit Röntgen-Mikro-Computertomografie aufgenommen wurde.

Quelle: BAM

Andere zerstörungsfreie Techniken werden zur Qualitätsbewertung und zur Mikrostrukturuntersuchung von Bauteilen eingesetzt. Insbesondere die hochauflösende Ultraschallprüfung mittels Tauchtechnik stellt eine standardisierte zerstörungsfreie Methode der Materialcharakterisierung dar, die sich zur Lokalisierung von makroskopischen Inhomogenitäten sowie zur Untersuchung von mesoskaligen Materialverteilungen eignet. An der BAM stehen Tauchtechnikanlagen für unterschiedliche Bauteilgrößen zur Verfügung. Die Tauchtechnik erzielt eine deutlich höhere Auflösung als die übliche Kontakttechnik. Durch die komplementäre Nutzung von Röntgentechniken und Ultraschallprüfung können verschiedene Probengrößen sowie Merkmale (Defekte, Körner, Poren) in additiv gefertigten Bauteilen in verschiedenen Größenskalen charakterisiert werden.