Additive Manufacturing 3D-Druck im Stahlbau

Transkript

1 Additive Manufacturing 3D-Druck im Stahlbau Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange Thilo Feucht M.Sc. TU Darmstadt Franziska-Braun-Straße Darmstadt

2 Lasergesinterter Knoten - teuer

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4 Lasersintern

5 WAAM Wire + Arc Additive Manufacturing Lagenweises Auftragsschweißen in nahezu jeder Geometrie

6 3D-Druck mit Kunststoff-Filament Rapid Prototyping WAAM arbeitet im Prinzip wie konventionelle 3D-Drucker.

7 3D-Druck mit Keramik Neben Kunststoff und Stahl wird dieses Prinzip an der TU Darmstadt auch für Mauerwerk eingesetzt.

8 MX3D

9 MX3D

10 Bürogebäude mit Stahlskelett Anwendung im konventionellen Stahlbau

11 Bürogebäude mit Stahlskelett

12 Doppelwinkel-Anschluss

13 Alternative zum Doppelwinkel: Haken und Bolzen

14 Formfindung / Optimierung Bauraum lastfallabhängige Topologieoptimierung Bauteil Bildquelle:

15 Formfindung / Optimierung Ergebnis der Optimierung im Bauraum einer Stirnplatte:

16 Optimierung Vorgegebene Massenrestriktion Bild Vorgegebene Massenrestriktion Bild Vorgegebene Massenrestriktion Bild 100 % 70 % 46 % 88 % 64 % 41 % 82 % 59 % 35 % 76 % 52 % 26 %

17 Optimierung 500 kn 450 kn 400 kn 350 kn Legende Topologieoptimierter Körper Herkömmliche Stirnplatte 300 kn Traglast 250 kn 200 kn 150 kn 100 kn 50 kn 0 kn 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % Massenrestriktion

18 Detail: Verbandanschluss Quelle: AbZ Nr. Z TG-Technik Quelle:

19 Detail: Verbandanschluss Quelle: AbZ Nr. Z TG-Technik

20 Unsere Schweißroboter

21 Slicing

22 Arbeitsproben TU Ilmenau/TU Darmstadt

23 Arbeitsproben TU Ilmenau

24 Arbeitsproben TU Darmstadt

25 Schweißfolge - Wasserkühlung Die Wasserkühlung wird nötig, da kein Wärmeabtransport durch anliegende Bauteile stattfindet.

26 Automatisierte Fertigung

27 Automatisierte Fertigung Bleche in versch. Stärken vorhalten (Materialdisposition) Verschnitt: Zwischenlagerung oder Entsorgung Zuschneiden und Bohren Quelle: Logistik: Bleche termingerecht am Ort des Zusammenbaus Nicht mehr erforderlich Vermessung der Bleche Quelle: Quelle:

28 Maßabweichungen bei I-Profilen Vorteil bei Integration in automatisierte Fertigung: kein Toleranzausgleich nötig.

29 Steifen - Lasteinleitung Automatische Herstellung einer Lasteinleitungssteife mittels Auftragsschweißung.

30 Steifen - Lasteinleitung Gleiche Abmessungen der konventionellen und der gedruckten Steife führen zu gleichen Tragfähigkeiten.

31 Festigkeit f y N/mm² Mindestwert laut Hersteller f y 420 N/mm²

32 Festigkeit f y N/mm² Mindestwert laut Hersteller f y 420 N/mm²

33 Festigkeit Höhe Traglast 1105 mm 155 kn

34 Aufgaben Optimierung der Geometrie hinsichtlich - Lastabtrag - Herstellung Festigkeit Bemessung gemäß DIN EN und Herstellung gemäß DIN EN

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36 Vielen Dank an: Prof. Dr.-Ing. Uli Knaack Christopher Borg Costanzi, M.Sc. Prof. Dr.-Ing. habil. J. P. Bergmann Dr.-Ing. Jörg Hildebrand TU Darmstadt TU Ilmenau

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38 Auf oder Suchbegriffe TU Darmstadt Additive Fertigung