3D‐Druck im Stahlbau – additive Fertigung von Details, Verbindungen und Bauteilen

Lange, Jörg; Feucht, Thilo; Erven, Maren; Waldschmitt, Benedikt; Oechsner, Matthias; Klein, Marcus; Schudlich, Anna‐Katharina

doi:10.1002/stab.202000082

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“…Konkret eignet sich für die additive Herstellung der Wölbsteifen das Wire + Arc Additive Manufacturing (WAAM). Für genauere Informationen zu dem Verfahren sei auf Lange et al [17] verwiesen.…”

Section: Rechnerische Untersuchungenunclassified

Wölbsteifen und ihr Potenzial zur Versteifung biegedrillknickgefährdeter I‐Träger – eine Fallstudie

Weimar¹,

Händler

Lange

2021

Stahlbau

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Wölbsteifen bieten die Möglichkeit, auf Torsion belastete drillweiche I‐Träger durch die sogenannte Drillkopplung zu versteifen. In der Praxis ist das Biegedrillknicken, ein komplexes Stabilitätsversagen, besonders bei schlanken I‐Trägern häufig maßgebend für deren Bemessung. Die Wölbversteifung von I‐Trägern gegen Torsion hat auch auf den Biegedrillknickwiderstand einen positiven Einfluss. So können in den Trägerverlauf eingeschweißte Wölbsteifen das System derart versteifen, dass auf die Wahl größerer Trägerprofile verzichtet werden kann. Ausgehend von Wölbsteifen in Form von U‐Profilen kann deren Geometrie hinsichtlich Materialeinsparungen noch optimiert werden, ohne dass das Gesamtsystem signifikante Steifigkeitsverluste gegenüber den vollen U‐Profilen erfährt. In dieser Hinsicht stellt die additive Fertigung eine Alternative zur konventionellen Herstellung von Wölbsteifen dar. Der vorliegende Beitrag zeigt neben einem Überblick über Wölbsteifen anhand einer Fallstudie, inwiefern das ideelle Biegedrillknickmoment eines drillweichen Einfeld‐I‐Trägers durch Wölbsteifen erhöht werden kann. Betrachtet wird außerdem die Optimierung der Wölbsteifengeometrie und deren Auswirkung auf die Stabilität des Trägers.

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Section: Rechnerische Untersuchungenunclassified

Wölbsteifen und ihr Potenzial zur Versteifung biegedrillknickgefährdeter I‐Träger – eine Fallstudie

Weimar¹,

Händler

Lange

2021

Stahlbau

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“…Der vorliegende Beitrag zeigt auf, dass mit additiven Fertigungsmethoden neuartige Ansätze zur Verbindungstechnik angedacht werden können, die sich hinsichtlich Kosten, Reduktion von Fertigungsschritten und geometrischer Flexibilität positiv auf den Metallbau auswirken werden. Neue, erst vor Kurzem veröffentlichte Beiträge zeigen die Aktualität des Themas [15, 16]. Wenngleich sich diese Bauweise derzeit erst noch im Anfangsstadium befindet, werden 3D‐Drucker immer genauer, schneller und kostengünstiger, sodass diese Technik nun auch umfassend zu Aspekten des Bauwesens erforscht werden muss, zumal sich der 3D‐Druck sehr gut für die digitale Fabrikation eignet, also der direkten Vernetzung von Design und Ansteuerung der Werkbank.…”

Section: Zusammenfassung Und Ausblickunclassified

Tragende 3D‐Druck‐Verbindungsknoten für Metallanschlussstäbe

Laufs¹

2020

Stahlbau

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Der Beitrag nimmt Bezug auf die Frage, inwieweit aus Sicht der Tragwerksplanung der rasante Fortschritt im Bereich des 3D‐Drucks auch auf die Verbindungstechnik im Bauwesen (Metallbau) übertragen werden kann und welche neuen Möglichkeiten sich für den Tragwerksplaner hieraus ergeben. Dabei hilft der Ansatz der digitalen Fabrikation, nämlich Entwurf und Berechnung digital parametrisch vorab bereits so aufzuarbeiten, dass die 3D‐Geometrien dann direkt vom 3D‐Drucker eingelesen werden können – von der frühen Entwurfsphase bis hin zur Werkbank ist alles vernetzt. Je nach Projekt lassen sich Freiformen wirtschaftlich programmieren, da auch Verschraubung und weitere Anschlusselemente zu benachbarten Konstruktionsschichten direkt mit integriert werden können und somit Fabrikationsschritte reduzieren. Derzeit gibt es erst wenig mit 3D‐Printknoten gebaute Beispiele, von denen einige temporäre Projekte hier beschrieben werden. Ebenfalls werden erste axiale Zug‐ und Dreipunktbiegeversuche an Kunststoffproben ohne und mit Faserverstärkung samt ihrer beobachteten Versagensformen vorgestellt. Aus Sicht des Metallbaus sind noch viele offene Fragen zu Materialfestigkeit, Dauerhaftigkeit, Langzeit‐Witterungsbeständigkeit und Brandschutz solcher 3D‐Druckteile zu erforschen, damit geeignete Materialien und verlässliche Druckprozesse in der nahen Zukunft auch bauaufsichtlich zugelassen werden können, um eine breitere Praxisanwendung zu ermöglichen.

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“…Adapted material development for powder-based materials with little effort is possible by mixing the powders accordingly [4][5][6][7]. Wire-based additive manufacturing by means of an arc, also known as wire arc additive manufacturing, requires a welding filler material in wire form [8][9][10]. A corresponding alloy development up to the wire-shaped welding filler material is very costly.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Development of an Alternative Alloying Concept for Additive Manufacturing Using PVD Coating

2022

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New alloys are needed to adapt the material properties and to improve the weldability of arc-based additive manufacturing processes. The classic development of welding filler materials is time-consuming and cost-intensive. For this reason, an alternative alloy concept is investigated and qualified here. This is based on the thin-film coating of welding filler materials by means of PVD coating. An HSLA steel DIN EN ISO 14341-A G 50 7 M21 is used as the base material. This is alloyed with the elements Al, Cr, Nb, Ni and Ti by means of PVD thin-film coating. This procedure represents an alternative alloy concept. In the scope of the qualification, the influence of the process and material properties is investigated, and the alternative alloying concept is compared with the classical alloying concept of secondary metallurgy. The investigations have shown that the thin film coating on the surface of the welding filler metal affects the process properties in the form of a changed arc length. Furthermore, the mechanical properties and the effect on the microstructure morphology were investigated. These were compared in the same chemical composition with a Mn4Ni2CrMo produced by secondary metallurgy. The results are in agreement with regard to the mechanical properties and the effect on the microstructure morphology.

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3D‐Druck im Stahlbau – additive Fertigung von Details, Verbindungen und Bauteilen

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Wölbsteifen und ihr Potenzial zur Versteifung biegedrillknickgefährdeter I‐Träger – eine Fallstudie

Wölbsteifen und ihr Potenzial zur Versteifung biegedrillknickgefährdeter I‐Träger – eine Fallstudie

Tragende 3D‐Druck‐Verbindungsknoten für Metallanschlussstäbe

Development of an Alternative Alloying Concept for Additive Manufacturing Using PVD Coating

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