Laser melting inside cavity
Final Report Abstract
Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen zur Begründung einer Methode zur Fertigung einer mechanisch belastbaren Verbindungsstellte in der Form eines Flansches aus der Formgedächtnislegierung Nitinol lassen sich wie folgt zusammenfassen: • Mittels einer Prozesskette aus dem laserbasierten Stoffanhäufen und der unmittelbaren Flanscherzeugung der lokal noch nicht vollständig erstarrten Zwischenform ist es möglich, Flansche unterschiedler Geometrien (Zylinder und Kegelstumpf) und Dicken an Drähten mit unterschiedlichen Durchmessern herzustellen. • Aufnahmen des Gefüges der Flansche und Zwischenformen zeigen, dass sich drei Zonen identifizieren lassen: Zone A ist die Wärmeeinflusszone im Draht, Zone B umfasst die vom Draht epitaxial in die Zwischenform hineinwachsenden Körner und Zone C diejenigen Körner, welche von der Flansch- oder Zwischenformoberfläche in den Flansch hineingewachsen sind. • Unter Verwendung eines stationären Drahtes und eines scannenden Laserstrahl wurde gezeigt, dass der Prozessschritt des Stoffanhäufens derjenige der beiden Prozesse ist, welcher die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung des Flansches bestimmt. • Mit dieser Versuchsanordnung lassen sich bei 65 W Laserleistung, 4,5 mm³ Flanschvolumen und 4 mm/s Scangeschwindigkeit Zugfestigkeiten von 737 MPa und Bruchdehnungen von 8,42 % erreichen. • In Zugversuchen konnte die Bruchstelle immer am Übergang der oben definierten Zone A zur Zone B gefunden werden. • Eine dem formgebenden Prozessschritt nachgelagerte Wärmebehandlung, bestehend aus einer Auslagerung für 1 h bei 400 °C und einem anschließenden Abschrecken im Wasserbad, verbessert die Zugfestigkeit um 16 %. • Abschließend wurde in 100 Zyklen die zyklische Be- und Entlastung eines Flansches bis hin zu einer Dehnung von 6 % nach ASTM F2516 getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass die hergestellten Flansche dieser Anforderung entsprechen. Damit ist es gelungen eine Prozesskette, bestehend aus den Prozessschritten des Stoffanhäufens und der Formgebung, bereitzustellen, welche eine mechanische Verbindung gewährleistet, die den Anforderungen für den Einsatz von Flanschen an Drähten in Aktuatoren entspricht. Neben den untersuchten mechanischen Eigenschaften wird ebenfalls eine gute chemische Beständigkeit und thermische Beständigkeit erwartet.
Publications
-
Surface quality of laser rod end melted shape-memory Nitinol preforms. 12. Mittweidaer Lasertagung (2021), 43-47
Lu, Y. & Radel, T.
-
Tensile strength of Nitinol flanges fabricated by laser rod end melting and immediate flange processing. LAF 2022: Proceedings of the 12th Laser Applications Forum. BIAS Verlag, 2022.
Lu, Y. & Radel, T.
-
Tensile strength of Nitinol flanges produced by laser rod end melting and immediate flange processing in a not fully solidified state. Procedia CIRP, 111, 721-725.
Lu, Y. & Radel, T.
-
Feasibility study on laser rod end melting of stainlesssteel microtubes. Proc. of Lasers in Manufacturing Conference 2021 (LiM 2023)
Lu, Y.; Volpp, J. & Radel, T.
-
Nitinol flanges fabricated by laser rod end melting and immediate flange processing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 128(9-10), 4139-4151.
Lu, Yang & Radel, Tim
