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Aug 11, 2023

Einfluss von Druckparametern auf die additive Fertigung von Metallteilen: Leistungs- und Nachhaltigkeitsaspekte

Wissenschaftliche Berichte Band 12,

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 19292 (2022) Diesen Artikel zitieren

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In dieser Studie wurden die Auswirkungen von Druckparametern auf die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Metallteile anhand eines Zugversuchs untersucht. Die 17-4 PH-Edelstahlproben mit zwei Druckparametern, einschließlich Fülldichte und Musterausrichtung, wurden durch additive Fertigung (AM) unter Verwendung der gebundenen Metallabscheidungstechnik (BMD) hergestellt. Die in dieser Studie berücksichtigten mechanischen Eigenschaften sind der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit. Die Ergebnisse zeigen, dass die Musterausrichtungen keinen Einfluss auf den Elastizitätsmodul der Füllprobe mit dem dreieckigen Muster haben. Im Gegensatz dazu variiert die Endfestigkeit erheblich je nach Musterorientierung, wobei die Proben mit der Musterorientierung von null Grad die beste Endfestigkeit ergeben. Tatsächlich nehmen die mechanischen Eigenschaften von Füllproben mit ihrer Fülldichte zu. Unter Berücksichtigung von Betriebskosten und Zeit ergibt sich jedoch ein Index zur Abschätzung von Leistung und Nachhaltigkeit. Die Beziehung zwischen der normalisierten Endfestigkeit einer Füllprobe und der relativen Dichte wird als Gewichtseffizienz definiert. Der Index zur Bewertung eines nachhaltigen Produkts wird durch die Gewichtseffizienz im Vergleich zu nachhaltigen Parametern charakterisiert. Der Index kann Endbenutzern dabei helfen, eine geeignete Fülldichte für AM-Produkte auszuwählen, indem er die Betriebskosten und die Zeit berücksichtigt. In das Indexmodell können verschiedene Kostenmodelle einbezogen werden, darunter reine Materialkosten, direkte Kosten und Gesamtkosten, um ein nachhaltiges Produkt in einem bestimmten Kostenkontext zu bewerten.

Die Ausbreitung der menschlichen Entwicklung im 21. Jahrhundert bringt einen grundlegenden Wandel in der technologischen Revolution und im menschlichen Leben mit sich, der als vierte industrielle Revolution oder Industrie 4.0 bekannt ist. Die Zivilisation steht am Rande einer neuen industriellen Revolution mit dem Ziel, die globale Industrieleistung zu steigern und die Lebensqualität weltweit zu verbessern, angetrieben durch moderne Fertigungstechnologien und Informationssysteme. Eine neue Generation von Fertigungssystemen kann optimale Prozesse und Technologien, z. B. künstliche Intelligenz, Robotik, das Internet der Dinge und additive Fertigung (AM), für eine flexible Produktion mit langfristigen Effizienz- und Produktivitätssteigerungen bereitstellen1,2,3. Unter den technologischen Fortschritten gilt AM als entscheidender Herstellungsprozess, der Industrie 4.0 vorantreibt. AM ist eine Fertigungstechnik zur Herstellung von Teilen aus einer dreidimensionalen (3D) computergestützten Designdatei (CAD), auch bekannt als 3D-Druck. Es ermöglicht mühelos die Herstellung komplexer Teile mit Freiformformen durch einen Schicht-für-Schicht-Prozess4. Bei dieser Technik fällt im Herstellungsprozess weniger Abfallmaterial an als bei herkömmlichen subtraktiven Verfahren, z. B. CNC-Maschinen (Computer Numeric Control), Wasserstrahlen und Laserschneiden. Da AM-Teile mit größerer Formfreiheit und weniger Produktionsabfall entworfen werden können, kann AM als neuartiger Herstellungsprozess für gestaltbare und anpassbare Produkte eingesetzt werden, wodurch möglicherweise ein neues Geschäftsmodell entsteht.

AM ist nicht nur eine treibende Technologie für Industrie 4.0, sondern kann auch als nachhaltige Technologie für die Umwelt angesehen werden, da die Technologie weniger Abfallmaterial erzeugt und recyceltes Material bei der Herstellung verwenden kann. Es handelt sich um einen produktiven Prozess, der die globalen Treibhausgasemissionen erheblich reduzieren kann. Die massive Rohstoffproduktion in Industriesektoren und ihr potenzieller ökologischer Fußabdruck können durch den Einsatz von AM-Technologien potenziell reduziert werden. In diesem Fall kann AM Möglichkeiten zur Verbesserung der ökologischen Nachhaltigkeit in verschiedenen Branchen bieten. Früher wurde Nachhaltigkeit durch die Betonung des Umweltaspekts definiert. Derzeit umfasst die Definition auch gesellschaftliche und wirtschaftliche Aspekte, die ebenfalls von der AM-Technologie adressiert werden5. Unter Bezugnahme auf die 6R-Prinzipien (Reduzierung, Rückgewinnung, Recycling, Wiederverwendung, Neugestaltung und Wiederaufbereitung)6 bietet AM eine Möglichkeit für eine nachhaltige Entwicklung, die die sozialen und wirtschaftlichen Auswirkungen des gesamten Produktlebenszyklus verbessert7,8. AM ermöglicht die gleichzeitige Entwicklung von Umweltschutz und Wirtschaftswachstum, wodurch der Verbrauch optimiert und Ressourcen für das menschliche Leben geschont werden. Angesichts der Mechanismen der wirtschaftlichen Entwicklung sind Kreislaufwirtschaft und Ressourcennutzung wesentlich miteinander verbunden. Wenn der Material- und Energieverbrauch in der Industrie reduziert und kontrolliert werden kann, können traditionelle Geschäftsmodelle bald in nachhaltige Kreislaufwirtschaftsmodelle umgewandelt werden1,9.

Die AM-Technologie begann in den 1980er Jahren als Technik zur Herstellung von Prototypen. Im Laufe der Jahre wurden mehrere AM-Techniken für geeignete Anwendungen und benutzerfreundliche Nutzung vorgeschlagen. Diese Fortschritte verschaffen der additiven Fertigung weitere Vorteile in der Fertigung, wie z. B. einfachere Prototypenerstellung, keine erforderlichen Spezialwerkzeuge und Fertigkeiten, Potenzial für umfangreiche kundenspezifische Produktionen, geringere Zeit- und Kosteneinsparungen sowie eine nachhaltige Produktion8,10. Darüber hinaus kann AM mit der Fähigkeit zur On-Demand-Fertigung Lieferketten verkürzen, Lagerbedarf und Lieferkosten reduzieren und eine kürzere Vorlaufzeit für Ersatzteile ermöglichen11. Diese Vorteile machen AM zu einem modernen und zugänglicheren Fertigungs- und Logistikprozess, insbesondere für kleine Unternehmen mit selbst entwickelten innovativen Produkten. Bei großen Unternehmen wurde die AM-Technologie umfassend für verschiedene Anwendungen eingesetzt, z. B. in der Flugzeug-, Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Biomedizin- und Elektronikindustrie12,13,14,15,16. Bei der Herstellung können zahlreiche Materialarten wie Polymere, Keramik und Metalle verwendet werden. Aufgrund der kontinuierlichen Innovationen von AM-Technologien und -Materialien und der Anwendung in verschiedenen Produktions- und Industriemärkten sind die Investitionen in AM im letzten halben Jahrzehnt erheblich gestiegen. Nachdem die COVID-19-Pandemie etwas abgeklungen war, traten viele Branchen in eine Phase des Fortschritts und der Investitionen ein. Laut Wohlers Report 202217 wuchs die AM-Branche im Jahr 2021 um 19,5 %, verglichen mit einem Wachstum von 7,5 % im Jahr 2020, dem Beginn des COVID-19-Ausbruchs. Darüber hinaus hat AMPOWER, das führende Beratungsunternehmen im AM-Industriebereich, prognostiziert, dass der AM-Markt in den nächsten vier Jahren ein jährliches Wachstum von 18,2 % verzeichnen wird. Dieser Bericht geht davon aus, dass der gesamte 3D-Drucksektor bis 2026 einen Wert von etwa 20 Milliarden Euro haben wird18.

Unter den AM-Materialien haben Metalle in zahlreichen Bereichen mehr Aufmerksamkeit von Forschern und Industrie erhalten. Es wird prognostiziert, dass Metall AM von 2021 bis 2025 ein jährliches Wachstum von über 29 % erzielen wird19. Eine herkömmliche AM-Technik für Metallteile ist die Pulverbettschmelzung (PBF), bei der Pulver verteilt wird, um ein Metallteil zu bilden, das durch einen Hochenergiestrahl selektiv verschmolzen wird. Allerdings erfordert diese Technik strenge Sicherheitsvorschriften und ist ein kostspieliger Eingriff. Eine neuere alternative Metall-AM-Methode ist die extrusionsbasierte Technik, die auf dem Fused Filament Fabrication (FFF)-Verfahren basiert, bei dem die geschmolzenen Filamente aus Polymer, Bindemittel und Pulver eines Materials gemischt werden. Desktop Metal Inc. (DM) hat eine extrusionsbasierte Metall-AM-Technik namens „Bounded Metal Deposition“ (BMD) vorgeschlagen, bei der das traditionelle Rohmaterial in den Filamenten durch Metall wie Edelstahl, Kupfer und Titan ersetzt wird.

Die BMD-Technik ermöglicht es Endverbraucherherstellern, ihre Metallteile individuell anzupassen. Mit Dichten und Merkmalsgenauigkeiten, die denen von Gussteilen ähneln, kann BMD schwer zu bearbeitende Teile mit komplexer Geometrie herstellen. Je nach Festigkeits- und Gewichtsanforderungen können Metallteile auch so angepasst werden, dass sie Füllungen oder vollständig dichte Merkmale aufweisen. Obwohl ihre Produkte bestimmte Nachteile haben, z. B. Porosität20 und Oberflächenrauheit, bietet das BMD weniger Schritte, mühelos entfernbare Stützen und eine benutzerfreundliche Benutzeroberfläche mit Schritt-für-Schritt-Anleitung. Folglich macht diese Technik die Herstellung von Metallteilen einfacher und sicherer, ohne lose Metallpulver oder Laser und mit weniger Bedienereingriffen. Im Druckprozess gibt es zwei Extruder, die Metallstäbe und Keramikstäbe zur Bildung eines 3D-Metallobjekts bzw. keramische Trägermedien enthalten. Anschließend wird der Binder im Entbinderungsprozess aufgelöst und im Sinterprozess verdichtet21,22. Im Hinblick auf die Verwendung von AM-Teilen in technischen Anwendungen kann die mechanische Leistung von AM-Teilen durch Ändern der Druckparameter (z. B. Fülldichte und Druckausrichtung) variiert werden. Wenn für eine Anwendung eine bestimmte Festigkeit des Teils erforderlich ist, sollte über die entsprechende Einstellung dieser Parameter nachgedacht werden. Andernfalls wirkt sich ein Teil mit einer höheren Festigkeit als der Anforderung unnötig auf die Herstellungszeit und -kosten aus. Daher ist die Optimierung der Festigkeit und Herstellungskosten eines AM-Teils von entscheidender Bedeutung. Unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit sollte das Teil eine optimierte Festigkeit bei gleichzeitig angemessenen Produktionskosten und -zeiten aufweisen.

Obwohl viele Aspekte des AM-Produktverhaltens in den letzten Jahren von vielen Forschern umfassend untersucht und veröffentlicht wurden21,23,24,25,26,27,28, wurde AM unter Verwendung der BMD-Technik nicht ausreichend erforscht, insbesondere im Hinblick auf Nachhaltigkeit. Wie bereits erwähnt, ermöglicht die BMD-Technologie die Produktion kleiner Stückzahlen und wirtschaftliche Metallteile mit mehr Sicherheit im Herstellungsprozess, was kleinen Unternehmen, Erfindern und akademischen Anwendern bei der Entwicklung ihrer Produkte als Designer und Hersteller zugute kommt. Um jedoch eine effektivere und nachhaltigere Produktion zu erreichen, sollte insbesondere für kleine Hersteller ein Ressourcenmanagement mit der Steuerung geeigneter Druckparameter für die Leistung von BMD-Teilen sowie Herstellungszeit und -kosten in Betracht gezogen werden. Da BMD ein breites Anwendungsspektrum für AM-Teile mit Gehäusen eröffnet, ist es wichtig, die innere Gitterstrukturfüllung zu optimieren, die eine spezifische Festigkeit und ein geringes Gewicht ermöglicht. Generell sollte ein Verhältnis zwischen Leistung und eingesetzter Materialmenge optimiert werden. Die Betriebszeit und die Kosten im Zusammenhang mit der im Prozess verwendeten Materialmenge sind wichtige Variablen für ein nachhaltiges Management. Um funktionsfähige AM-Teile mit optimalem Zeit- und Kostenaufwand herzustellen, sollte ein Indikator verwendet werden, der sowohl die Leistung als auch die Nachhaltigkeit der AM-Produktion bewertet.

Nach unserem besten Wissen gibt es keinen Bericht über den Zusammenhang zwischen der Leistung und der Nachhaltigkeit von AM-Produkten mit BMD, was für die Etablierung einer nachhaltigen Produktion von entscheidender Bedeutung ist. Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen von Druckparametern auf die mechanische Leistung und Nachhaltigkeit von Metall-AM-Proben mit der BMD-Technik zu untersuchen. Die Proben mit zwei Sätzen von Druckparametern, dh Fülldichte und Musterausrichtung, werden mithilfe eines Zugversuchs getestet, um die mechanische Leistung zu bestimmen. Als Index für nachhaltige Produkte wird das Verhältnis zwischen Leistung (ultimative Zugfestigkeit) und Nachhaltigkeit (Herstellungszeit und -kosten) der Probekörper mit unterschiedlichen Fülldichten definiert. Dieses Papier bietet Endbenutzern und Prosumenten einen Rahmen für die Auswahl geeigneter Druckparameter für ihre AM-Produkte auf der Grundlage des Index in Bezug auf Leistung und Nachhaltigkeit. Obwohl AM als nachhaltiger Herstellungsprozess bezeichnet wird, gibt es darüber hinaus keine expliziten Methoden zur Angabe des Nachhaltigkeitsgrads von AM-Produkten. Der Index in dieser Studie soll daher einen Vorschlag zur Bewertung der Nachhaltigkeit von AM-Produkten liefern.

In dieser Studie werden Zugversuche durchgeführt, um die mechanischen Eigenschaften von AM-Proben mit der BMD-Technik zu bewerten. Die Proben aus Edelstahl 17-4 PH wurden für den Test auf der Grundlage des ASTM-Standards unter Berücksichtigung zweier Druckparameter vorbereitet. Der erste berücksichtigte Parameter ist die Fülldichte von AM-Proben, die durch Anpassen der Druckparametereinstellung der Proben über den Webbrowser eines DM variiert werden kann. Es werden vier Fülldichten berücksichtigt: 16 %, 20 %, 24 % und ein vollflächiges Äquivalent, wie in Abb. 1 dargestellt. Beachten Sie, dass ein dreieckiges Muster ein Standard-Füllmuster des Druckers ist und die Dichte durch Modifizieren variiert werden kann die Größe der dreieckigen Elementarzellen.

AM-Proben mit unterschiedlichen Fülldichten.

Der zweite berücksichtigte Parameter ist die Ausrichtung des Füllmusters, gelegt auf der \(xy\)-Ebene, wie in Abb. 2a dargestellt. Die verschiedenen Ausrichtungen wurden durch Anpassen der Rasterrichtung auf der horizontalen Ebene relativ zur Druckplattform eingestellt, um Proben mit ausreichender Steifigkeit zu erhalten21. Es werden drei verschiedene Musterrichtungen betrachtet, nämlich das Muster mit Rasterwinkeln von 0, 15 und 30 Grad, wie in Abb. 2b dargestellt. Für Rasterwinkel zwischen 0 und 90 Grad ergeben Füllmusterausrichtungen mit 0, 15 und 30 Grad die gleichen Ergebnisse wie solche mit 60, 45/75 bzw. 90 Grad. Darüber hinaus wiederholen die Füllmuster mit unterschiedlichen Ausrichtungen alle 90 Grad die gleichen Muster. Folglich werden in dieser Studie die Rasterwinkel 0/60, 15/45/75 und 30/90 verwendet, um die senkrechten Winkel in anderen Vierteln darzustellen. In dieser Untersuchung werden für alle Proben Füllproben ohne Seitenwände verwendet. Beachten Sie, dass die Probenabmessungen leicht unterschiedlich sind, da sie so konzipiert sind, dass sie entlang der kurzen Kanten acht vollständige Elementarzellen und die gleiche Dichte aufweisen.

(a) Rasterrichtungen auf der \(xy\)-Ebene der Druckplattform. (b) Die AM-Proben mit unterschiedlichen Füllmusterausrichtungen.

Der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit sind die mechanischen Eigenschaften der in dieser Studie berücksichtigten AM-Proben. Einzelheiten zur Datenerfassung finden Sie im Abschnitt zum Versuchsaufbau.

Zur Untersuchung der Proben mit unterschiedlichen Fülldichten werden die Gewichte jeder Füllprobe in Abb. 1 gemessen, um ihre relative Dichte zu berechnen, definiert als das Verhältnis zwischen dem durchschnittlichen Gewicht der Füllprobe und ihrem vollfesten Gegenstück. Die Durchschnittswerte der relativen Dichte, des Elastizitätsmoduls und der Endfestigkeit sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Laut einem von DM bereitgestellten Datenblatt betragen der Elastizitätsmodul und die Endfestigkeit von 17-4 PH-Edelstahlproben, die mit dem 3D-Metalldrucker hergestellt wurden, 195 GPa bzw. 1042 MPa29. Mit dem gleichen Teststandard betragen der in dieser Studie ermittelte Elastizitätsmodul und die Endfestigkeit etwa 81,69 % bzw. 81,79 % der Werte im Datenblatt. Die Abweichung kann aufgrund verschiedener Faktoren im Herstellungsprozess auftreten. Aus diesem Grund ist eine experimentelle Studie für einen spezifischen Druckkontext für die Beurteilung der mechanischen Eigenschaften der AM-Teile von entscheidender Bedeutung.

Die Gewichtseffizienz der Füllproben mit den berücksichtigten Steifigkeiten, einschließlich Young-Modul und Grenzfestigkeit, ist als normalisierte Werte in Tabelle 2 dargestellt. Diese Werte wurden aus Gleichung (1) berechnet. (2) und wird verwendet, um die Effizienz zwischen Füllproben mit unterschiedlichen Dichten zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Proben umso effizienter sind, je größer die Fülldichte ist. Dieses Verhalten ist jedoch nicht linear, da die Gewichtseffizienz schnell zunimmt, wenn sich die Probe dem Vollfestzustand nähert. Daher ist die Vollmassivprobe die beste Wahl, wenn nur die Festigkeit im Vordergrund steht. Wenn andererseits Gewicht oder Kosten als zusätzlicher Bedarf betrachtet werden, ist der optimale Zustand für AM-Teile unter Berücksichtigung sowohl der Festigkeit als auch des Gewichts oder der Kosten erforderlich, was im nächsten Abschnitt im Nachhaltigkeitsaspekt erörtert wird.

Für die Untersuchung der Proben mit unterschiedlichen Musterausrichtungen wurde für alle Proben eine Fülldichte von 12 % verwendet, wovon die gemessene relative Dichte 36,12 % betrug. Die Durchschnittswerte des Elastizitätsmoduls und der Grenzfestigkeit sind in Tabelle 3 dargestellt.

Es ist ersichtlich, dass die Musterorientierung den Elastizitätsmodul der Proben nahezu nicht beeinflusst. Aus diesem Grund können die Proben in jeder Richtung auf der \(xy\)-Ebene gedruckt werden und weisen im gesamten elastischen Bereich die gleiche Tragfähigkeit auf. Im Gegensatz dazu sind die Richtungen der aufgebrachten Last für die Festigkeit der Probe von Bedeutung, da sich die Schwankung der Endfestigkeit bei der Änderung der Musterorientierung zeigt. Die Teile mit der Ausrichtung 0/60 Grad weisen eine höhere Endfestigkeit auf als die mit den Ausrichtungen 15/45/75 und 30/90 Grad (1,47- bzw. 1,30-mal höher). Die AM-Teile mit einer Musterausrichtung von 0/60 Grad sollten bei der Gestaltung der Druckparameter zur Aufnahme von Lasten berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Teile eine maximale Festigkeit in der Ebene bieten.

Da eine Füllprobe mit dreieckigem Muster als Gitterstruktur mit dreieckigen Elementarzellen behandelt werden kann, kann der effektive Elastizitätsmodul eines solchen Gitters anhand der aus der Literatur erhaltenen geschlossenen Form vorhergesagt werden30. Die Probe mit den nicht umschlossenen Seitenwänden und der Musterausrichtung von 0/60 Grad, wie in Abb. 2 gezeigt, stimmt mit einer Gitterstruktur überein, und der Elastizitätsmodul kann mit Gleichung (1) berechnet werden. (1). Bei der Validierung wird der aus dem Experiment in Tabelle 3 erhaltene Wert des Elastizitätsmoduls mit dem aus Gl. berechneten Wert verglichen. (1), was 23,107 GPa entspricht. Mit einem Fehler von 3,10 % wird eine gute Übereinstimmung beobachtet.

Um die Ergebnisse dieser Studie mit verwandten Arbeiten zu vergleichen, wurde die Gewichtseffizienz der Füllprobe mit der Ausrichtung 0/60 Grad (siehe Abb. 2) mit der aus der Literatur ermittelten verglichen. Die Gewichtseffizienz kann mit Gleichung berechnet werden. (2) Verwendung des Elastizitätsmoduls als berücksichtigte Steifigkeit. Die aus dieser Studie und den damit verbundenen Arbeiten erzielten Ergebnisse sind 0,35, 0,3430, 0,3331 und 0,3532. Diese Ergebnisse stimmen gut überein und bestätigen die experimentellen Ergebnisse dieser Studie.

Durch Einsetzen von Gl. (1) in Gl. (3) und (4) kann der Elastizitätsmodul der Proben in anderen Richtungen in der Ebene berechnet werden. Die aus den Formeln und dem Experiment erhaltenen Ergebnisse des Elastizitätsmoduls der Proben mit unterschiedlichen Ausrichtungen im Bereich von \(0\) bis 360 Grad sind in Abb. 3 dargestellt. Die Transformation des Elastizitätsmoduls, erhalten aus den Gleichungen. (3) und (4) werden als blaue Linie dargestellt, während die experimentellen Ergebnisse des Elastizitätsmoduls der Probe mit den unterschiedlichen Musterausrichtungen als grüne Punkte dargestellt werden. Im isotropen Polardiagramm ist zu erkennen, dass beide Ergebnisse für alle entsprechenden Richtungen ähnlich sind, mit einem absoluten Fehler von weniger als 4,00 %.

Isotropes Polardiagramm der Füllproben mit unterschiedlichen Musterausrichtungen.

Umwelt-, gesellschaftliche und wirtschaftliche Aspekte sind allgemeine Faktoren, anhand derer die Nachhaltigkeit eines Produkts beurteilt wird. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass AM im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren ein umweltfreundlicher Herstellungsprozess ist5,33,33,35. AM hat direkte Auswirkungen auf bessere Umweltauswirkungen wie Partikelverschmutzung, Kontamination und gefährliche Abfälle. Gleichzeitig hat es auch indirekte Auswirkungen auf die Umwelt, indem es zu einer Reduzierung der CO2-Emissionen durch den geringeren Einsatz von Rohstoffen im Prozess führt. Diese Auswirkungen führen zu gesellschaftlichen Verbesserungen mit besserer Lebensqualität und gesundheitlichen Vorteilen für die Produzenten. Der gesellschaftliche Aspekt wirkt sich auch auf die Zunahme von Kunden aus, die sich für Design und Produktion interessieren, sogenannte Prosumenten, da AM es ihnen ermöglicht, Nachhaltigkeitsziele zu erreichen und neue Geschäftsmöglichkeiten zu entwickeln5,36,36,38. Wie in der Einleitung erwähnt, können diese Vorteile in der AM-Technologie mithilfe von BMD effizienter genutzt werden, was eine zugänglichere, sicherere und effektivere Herstellung von Metallteilen ermöglicht.

Aus wirtschaftlicher Sicht befeuert die potenziell verstärkte Beteiligung von Prosumenten die Kreislaufwirtschaft durch die Entstehung neuer Geschäftsmodelle mit moderner Fertigung und Logistik, z. B. On-Demand-Produktion und sofortige Lieferung. Darüber hinaus kann AM mit BMD im Hinblick auf eine zeitsparende und kostengünstige Produktion vorgeschlagen werden, die sich aus der Minimierung des im Prozess verwendeten Metalls ergibt. Je weniger Material verwendet wird, desto kürzer ist die Herstellungszeit und desto geringer sind die Kosten. Daher ist die Auswahl einer geeigneten Fülldichte für Teile, die zu ihrer Anwendung passt, von entscheidender Bedeutung, da die Materialdichte, wie bereits erwähnt, in direktem Zusammenhang mit der Leistung steht. Tabelle 4 zeigt den Zeit- und Kostenaufwand für die Herstellung von AM-Proben mit unterschiedlichen Fülldichten mithilfe von BMD. Die Aufwendungen wurden in direkte und indirekte Kosten eingeteilt und werden im Kostenmodell berücksichtigt; Die Arbeitskosten werden nicht berücksichtigt, da sie im BMD-Prozess vernachlässigbar sind. Die gesamte Zeit des Herstellungsprozesses, also Drucken, Entbindern und Sintern, ist in der Betriebszeit in Stunden enthalten.

Die Materialkosten, die nur die Metall- und Schnittstellenkosten umfassen, sind Teil der direkten Kosten, die auch die Kosten für Strom und Verbrauchsmaterialien, z. B. Entbinderungsflüssigkeit und Gase, berücksichtigen. Der größte Teil der Ausgaben entfällt auf die indirekten Kosten, die etwa 93 % bis 94 % der Gesamtkosten ausmachen. Wie in Tabelle 4 dargestellt, erhöhen sich Zeit und Kosten je nach Menge des verwendeten Materials, bezogen auf den Prozentsatz der Fülldichte der Proben. Daher ist die optimale Anpassung von Zeit und Kosten an die gewünschte Gewichtseffizienz eine Möglichkeit, einen nachhaltigen Prozess durchzuführen. Diese Studie definiert die Beziehung zwischen der Gewichtseffizienz und normalisierten nachhaltigen Parametern als Index für nachhaltige Produkte. Die Gewichtseffizienz kann mit Gleichung berechnet werden. (2), das bei Berücksichtigung der Endfestigkeit als \({e}_{UTS}\) definiert ist. Mittlerweile werden die Betriebskosten und die Herstellungszeit als nachhaltige Parameter betrachtet. Ein normalisierter nachhaltiger Parameter kann aus einem Verhältnis zwischen einem als nachhaltig angesehenen Parameter jeder Füllprobe und dem der vollfesten Gegenstücke ermittelt werden. Die normalisierten Betriebskosten können beispielsweise aus dem Verhältnis zwischen den Kosten der Füllproben und den Kosten der Vollmassiv-Gegenstücke ermittelt werden, definiert als \({\widehat{C}}_{i}={C}_ {i}^{\text{infill}}/{C}_{i}^{\text{solid}}\), wobei \(i\) einen berücksichtigten Kostenwert bezeichnet, d. h. reine Materialkosten, direkte Kosten und Gesamtkosten. Der Index kann folglich durch \({e}_{UTS}/{\widehat{C}}_{i}\) erhalten werden, der durch Berücksichtigung verschiedener fokussierter Kostenmodelle \(i\) an verschiedene wirtschaftliche Aspekte angepasst werden kann. . Beachten Sie, dass nur die Ergebnisse der Gesamtkosten dargestellt werden, da die indirekten Kosten nahe an den Gesamtkosten liegen und beide den gleichen Index ergeben. Wie in Abb. 4 dargestellt, werden die Indexwerte, wobei \(i\) die reinen Materialkosten, die direkten Kosten und die Gesamtkosten bezeichnet, jeweils in Blau, Grün und Orange dargestellt. Die Bewertung aus den Gesichtspunkten Leistung, Gewicht und Kosten geht als normalisierte Werte in das Indexmodell ein. Ein höherer Indexwert bedeutet, dass AM-Produkte im Hinblick auf Nachhaltigkeit eine bessere Leistung erbringen.

Die Gewichtseffizienz im Vergleich zu den normalisierten Werten der Betriebskosten.

Ähnliche Indexwerte werden für alle betrachteten Füllproben beobachtet, wobei der Schwerpunkt auf den reinen Materialkosten liegt. Es wird impliziert, dass die Fülldichte weniger Einfluss hat, wenn die Gewichtseffizienz im Vergleich zu den normalisierten Kosten nur der verwendeten Materialien berücksichtigt wird, insbesondere für Proben mit relativen Dichten von 50,68 % und 62,18 %. Betrachtet man dagegen die Einzel- und Gesamtkosten, ergeben die Proben mit einer höheren Fülldichte einen besseren Index. Es zeigt sich, dass die Proben mit höherer Fülldichte zwar höhere Kosten verursachen, aber gute Ergebnisse in Bezug auf Leistung und Nachhaltigkeit liefern.

Neben der Modellierung eines umfassenderen Indexes unter Nachhaltigkeitsaspekten kann auch die im Herstellungsprozess aufgewendete Zeit in das Indexmodell einbezogen werden. Der Index zur Addition der Herstellungszeit kann durch \({e}_{UTS}/({\widehat{C}}_{i}\times {\widehat{T}}_{P})\) erhalten werden, wobei \({\widehat{T}}_{P}\) bezeichnet die normalisierten Werte der gesamten Verarbeitungszeit. Die Bewertung hinsichtlich Leistungs-, Gewichts-, Kosten- und Zeitaspekten fließt in diesen Index ein, wie in Abb. 5 dargestellt.

Die Gewichtseffizienz im Vergleich zu den normalisierten Werten der Betriebskosten und der Betriebszeit.

Aus dem Modell in Abb. 5 ist ersichtlich, dass die Indexwerte ansteigen, wenn zusätzlich die Herstellungszeit berücksichtigt wird. Obwohl dem Modell nachhaltigere Parameter hinzugefügt werden, sind die meisten AM-Teile mit einer höheren Fülldichte immer noch besser als solche mit einer niedrigeren Fülldichte. Wenn jedoch nur die Materialkosten berücksichtigt werden, können Teile mit einer geringeren Fülldichte einen höheren Index ergeben als Teile mit einer höheren Fülldichte. Da die Sensitivität des Index je nach nachhaltigen Parametern variiert, können durch die Berücksichtigung nachhaltigerer Parameter (z. B. Energieverbrauch und CO2-Emissionen aus dem verwendeten Rohmaterial) und spezifischer Kostenmodelle (z. B. reine Materialkosten) die Teile mit einem deutlich niedrigeren Wert hergestellt werden Die Fülldichte hat unter dem Gesichtspunkt der Leistung einen größeren Einfluss als unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit. Beachten Sie, dass die Berücksichtigung spezifischer Kostenmodelle wie der reinen Materialkosten für die Bewertung sinnvoll ist, da die meisten Gesamtkosten aus gebundenen Fixkosten wie indirekten Kosten bestehen, bei denen es sich um feste Verpflichtungen des Unternehmens handelt.

Tatsächlich können die Füllteile hinsichtlich der Fähigkeit der Steifigkeit in der Ebene nicht mit den Vollmassivteilen mithalten. Ziel dieser Studie ist es, einen Indikator zur Bewertung der AM-Teile mit einer Fülldichte nicht nur hinsichtlich des Leistungsaspekts, sondern auch des Nachhaltigkeitsaspekts vorzuschlagen. Der Zusammenhang zwischen mechanischen Eigenschaften und Kosten und Zeit, dargestellt als Verhältnis von Gewichtseffizienz und normalisierten nachhaltigen Parametern, kann zunächst zur Beurteilung des Nachhaltigkeitsgrades eines AM-Produkts herangezogen werden. Der höhere Wert des Index zeigt, dass das Produkt im Hinblick auf Leistung gegenüber Nachhaltigkeit vorzuziehen ist.

Darüber hinaus konzentriert sich diese Studie auf die Leistungs- und Nachhaltigkeitsaspekte von AM-Produkten. Für den Leistungsaspekt werden nur der Elastizitätsmodul und die Endfestigkeit berücksichtigt, während für den Nachhaltigkeitsaspekt Herstellungskosten und -zeit berücksichtigt werden. Die Vorschläge für zukünftige Studien lauten, dass im Leistungsaspekt andere Steifigkeiten wie Biegung und Ermüdung weiter untersucht werden sollten, um mehr Leistung abzudecken. Im Nachhaltigkeitsaspekt können weitere nachhaltige Parameter im Modell berücksichtigt werden, beispielsweise die Energie- und Umweltaspekte. Darüber hinaus berücksichtigt diese Studie nur die Herstellungskosten von AM-Produkten. Eine Analyse des Gewinns oder Verlusts aus einer Investition kann zusätzlich berücksichtigt werden, um den kommerziellen Aspekt abzudecken.

Die von AM mit der BMD-Technik hergestellten 17-4 PH-Edelstahlproben wurden durch Zugversuche getestet, um die Auswirkungen der Druckparameter auf die Leistung und Nachhaltigkeit zu untersuchen. Unter Leistungsgesichtspunkten wurden die AM-Proben mit zwei Sätzen von Druckparametern, dh die Proben mit unterschiedlichen Fülldichten und die Proben mit unterschiedlichen Musterausrichtungen, getestet, um den Elastizitätsmodul und die endgültige Zugfestigkeit zu ermitteln. Erwartungsgemäß ergeben die Proben mit höherer Fülldichte bessere mechanische Eigenschaften. Die Musterorientierungen in der Ebene haben einen geringen Einfluss auf den Elastizitätsmodul der Füllproben mit dem Dreiecksmuster, es gibt jedoch Unterschiede in der Endfestigkeit. Die Proben mit einer Musterausrichtung von 0/60 Grad ergeben die beste Endfestigkeit.

Unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit gelten die Herstellungszeit und die Kosten der Proben mit unterschiedlichen Fülldichten als nachhaltige Parameter, während die Endfestigkeit als berücksichtigte Leistung ausgewählt wird. Die Beziehung zwischen der Endfestigkeit einer Füllprobe und ihrer normalisierten Gewichtsdichte wird als Gewichtseffizienz der Probe definiert. Der Index zur Bewertung eines AM-Teils im Hinblick auf Leistung und Nachhaltigkeit wird durch die Gewichtseffizienz im Vergleich zu den normalisierten Nachhaltigkeitsparametern charakterisiert. In dieser Studie werden zwei Bewertungsmodelle vorgeschlagen: (1) die Gewichtseffizienz gegenüber den normalisierten Betriebskosten und (2) die Gewichtseffizienz gegenüber den normalisierten Betriebskosten und der normalisierten Betriebszeit. Als Kostenmodelloptionen werden die Materialkosten, die Einzelkosten und die Gesamtkosten klassifiziert. Die Ergebnisse zeigen, dass unter Berücksichtigung der reinen Materialkosten (ein Grenzfall) die Füllproben mit einer geringeren Dichte einen vergleichbaren Index wie diejenigen mit einer höheren Dichte im ersten Modell ergeben, während im zweiten Modell die Füllproben mit a Eine geringere Dichte ergibt einen besseren Index als solche mit einer höheren Dichte. Zusätzlich zu diesen Fällen weisen die Füllproben mit einer höheren Dichte in allen Fällen den besten Index auf. Beachten Sie, dass die Leistung von AM-Proben in dieser Studie nur bei Belastung in der Ebene untersucht wurde. Andere Implementierungen wie Biegung und Ermüdung können zu anderen Ergebnissen führen.

Wie aus den Ergebnissen dieser Studie hervorgeht, lässt sich der Schluss ziehen, dass die Ausrichtung des Musters in der Ebene (horizontale Ebene) den Elastizitätsmodul der Füllteile mit dem dreieckigen Muster kaum wesentlich beeinflusst. Der Elastizitätsmodul der Füllteile ist keine lineare Funktion der Fülldichte. Die Teile mit einer höheren Fülldichte ergeben eine höhere Gewichtseffizienz der Steifigkeit in der Ebene als Teile mit einer niedrigeren Fülldichte. Bei der Betrachtung von Leistung und Nachhaltigkeit ergeben die meisten Teile mit einer höheren Fülldichte einen höheren Index als solche mit einer geringeren Fülldichte. Allerdings kann die Annahme nachhaltiger Parameter den Index deutlich verändern. Der Index kann zur Bewertung von AM-Teilen im Hinblick auf Steifigkeit und Nachhaltigkeit verwendet werden.

Wenn bei einem inhomogenen Material seine Inhomogenitäten gleichmäßig verteilt und zumindest stochastisch erheblich kleiner als die Gesamtgröße des Materials sind, kann das Material als homogenes Material mit effektiven Eigenschaften betrachtet werden. Bei der Bestimmung seiner effektiven Eigenschaften wird das Material als theoretisch erweitert betrachtet, um zu einem unendlichen Material zu werden. Es unterliegt einheitlichen Randbedingungen, die in einem homogenen Material an seiner Fernfeldgrenze zu gleichmäßigen Spannungen und Dehnungen führen. Die resultierenden Beziehungen zwischen den durchschnittlichen Spannungen und durchschnittlichen Dehnungen können dann verwendet werden, um die effektiven Eigenschaften des Materials zu definieren39,40.

Ein inhomogenes Material, in dem die Inhomogenitäten periodisch verteilt sind, kann als periodisches Material, auch Gitterstruktur genannt, betrachtet werden. Wenn eine Gitterstruktur aus einer beträchtlichen Anzahl periodischer Elementarzellen besteht, können die effektiven Eigenschaften bestimmt werden41,42. In hergestellten Gitterstrukturen werden solche Elementarzellenmuster verwendet, um die Menge der verwendeten Rohstoffe (im Vergleich zu Vollmaterial) zu reduzieren und gleichzeitig die gewünschten Eigenschaften für ihre Anwendungen beizubehalten. Unterschiedliche periodische Muster oder Elementarzellenmuster führen zu unterschiedlichen mechanischen Verhaltensweisen von Gitterstrukturen.

Für ein AM-Produkt wird häufig eine 2D-Gitterstruktur verwendet, um die Rohmaterial- und Herstellungskosten zu senken, indem die Dichte ihrer Füllmuster gesteuert wird. Für das Füllmuster eines AM-Teils wird im Allgemeinen ein periodisches 2D-Muster verwendet, insbesondere ein dreieckiges Muster. In dieser Studie werden AM-Proben mit dreieckigen Füllmustern als 2D-Gitterstrukturen mit dreieckigen Elementarzellen behandelt. Das Materialverhalten der dreieckigen Füllproben kann dann durch Berücksichtigung der effektiven elastischen Eigenschaften einer Gitterstruktur mit dreieckigen Elementarzellen ermittelt werden. Abbildung 6 zeigt eine Gitterstruktur mit dreieckigen Elementarzellen, wobei \(l\) die charakteristische Länge der Elementarzellen und \(b\) und \(t\) die Breite bzw. Dicke bezeichnen. Diese signifikanten Parameter können verwendet werden, um den effektiven Elastizitätsmodul von Gitterstrukturen mit dreieckigen Elementarzellen zu berechnen, die aus der Literatur30 stammen, d. h.

Eine Gitterstruktur mit dreieckigen Elementarzellen und ihren Strebenabmessungen.

wobei \({E}_{x}^{*}={E}_{y}^{*}\) den effektiven Elastizitätsmodul der Füllproben bezeichnet und \(E\) den Elastizitätsmodul der Basis bezeichnet Material. Darüber hinaus bezeichnet \(\overline{\rho }\) die relative Dichte der Gitterstruktur mit dreieckigen Elementarzellen, die gleich \(2\sqrt{3}b/l\) ist.

In einer AM-Probe wird eine Fülldichte verwendet, um ihr Gewicht zu reduzieren. Wenn die Probensteifigkeit zu den wichtigsten Designzielen gehört, kann das Verhältnis der Probensteifigkeit zu ihrer Gewichtsdichte zur Bewertung der Gewichtseffizienz herangezogen werden. Um die Effizienz einer Füllprobe im Vergleich zu ihrem vollmassiven Gegenstück zu beurteilen, wird das Verhältnis zwischen der berücksichtigten Steifigkeit pro Gewichtsdichte der Probe und der Steifigkeit pro Gewichtsdichte einer vollmassiven Probe mit den gleichen Abmessungen als Gewichtseffizienz definiert das Exemplar, d.h.

Dabei sind \({S}^{*}\) und \(S\) die berücksichtigten Steifigkeiten der Füllprobe bzw. des Vollmassiv-Gegenstücks. Darüber hinaus ist \(\overline{\rho }\) die relative Dichte, die tatsächlich das Verhältnis zwischen der Gewichtsdichte der Füllprobe und der Gewichtsdichte einer vollfesten Probe mit den gleichen Abmessungen ist, d. h , \(\overline{\rho } = {{\rho^{*} } \mathord{\left/ {\vphantom {{\rho^{*} } \rho }} \right. \kern-\nulldelimiterspace} \rho }\).

Der Einfluss der Lastorientierungen auf 2D-Gitterstrukturen auf einer \(xy\)-Ebene wird untersucht, um die Eigenschaften von Gitterstrukturen in verschiedenen Drehrichtungen zu validieren. Für orthotrope Materialien ist die Transformation der mechanischen Eigenschaften vom \(xy\)-Koordinatensystem in das \({x}^{^{\prime}}-{y}^{^{\prime}}\)-Koordinatensystem dargestellt in Abb. 7.

Ursprüngliche und rotierende Koordinatensysteme.

Die Transformation des Elastizitätsmoduls zwischen den beiden Koordinatensystemen, in denen die Steifigkeits- und Nachgiebigkeitsmatrizen symmetrisch sind, kann als43 geschrieben werden

wobei \({E}_{x}\) und \({E}_{y}\) den Elastizitätsmodul im \(xy\)-Koordinatensystem bezeichnen, während \({E}_{{x}^ {^{\prime}}}\) und \({E}_{{y}^{^{\prime}}}\) bezeichnen den Elastizitätsmodul im \(x{^{\prime}}-y{ ^{\prime}}\)-Koordinatensystem. Darüber hinaus bezeichnet \({G}_{xy}\) den Schubmodul und \({\nu }_{xy}={\nu }_{yx}\) ist die Poissonzahl. Hier werden \(m=cos\theta\) und \(n=sin\theta\) für die Transformation geometrischer Punkte definiert.

Die mechanischen Eigenschaften von AM-Teilen können experimentell durch einen Zugversuch basierend auf der ASTM E8/E8M-Norm ermittelt werden. Da ein AM-Teil als Gitterstruktur behandelt wird, die aus vielen Elementarzellen im Inneren besteht, sollte seine Probe als homogenes Material mit wirksamen Eigenschaften konzipiert sein, um sicherzustellen, dass es eine exakte mechanische Reaktion liefert44,45. Andere Druckparameter, die sich auf die mechanischen Eigenschaften auswirken, können untersucht werden, um sicherzustellen, dass eine Probe als homogenes Material betrachtet werden kann. In diesem Artikel wurden zwei wichtige Druckparameter hervorgehoben, nämlich die Fülldichte und die Musterausrichtung, um die Auswirkungen der Druckparameter der AM-Technologie auf das Materialverhalten und die Herstellungskosten zu untersuchen. Für die AM-Proben werden vier relative Dichten berücksichtigt, darunter 50,68 %, 62,18 %, 73,60 % und 100 % (Äquivalent) der vollfesten Probe, wie in Abb. 1 dargestellt. Es werden drei Musterausrichtungen der dreieckigen Elementarzellen berücksichtigt , einschließlich der gedrehten Musterausrichtung \(0^\circ\), \(15^\circ\) und \(30^\circ\), wie in Abb. 2 gezeigt. Da die Drehung von \(0^\ circ\), \(15^\circ\) und \(30^\circ\) ergibt eine symmetrische Geometrie mit \(60^\circ\), \(45^\circ /75^\circ\) und \(90^\circ\) bzw. die betrachteten Füllmusterausrichtungen reichen dann für die Untersuchung in dieser Studie aus.

Alle Proben aus 17-4PH-Edelstahl wurden mithilfe der BMD-Technologie mit einem Studio System Desktop Metal 3D-Drucker hergestellt. Die Proben mit Fülldichte im Dreiecksmuster wurden ohne obere und untere Wandstärken hergestellt, um den Effekt der Fülldichte zu untersuchen. Die Geometrie und Abmessung der Proben wurde gemäß der ASTM E8/E8M-Norm berücksichtigt, wie in Abb. 8a dargestellt. Die Fülldichten wurden durch Änderung von \(l\) unter Beibehaltung des rechteckigen Strebenquerschnitts variiert (siehe Abb. 6). Die Fülldichten werden auch als relative Dichten dargestellt, die ein Verhältnis zwischen dem Gewicht der Füllproben und dem Gewicht der Vollkörperproben darstellen, wie in Tabelle 1 dargestellt. Bei den Proben, die zur Untersuchung des Musterorientierungseffekts verwendet wurden, handelt es sich um Proben mit rechteckiger Form wurden basierend auf dem ASTM E8/E8M-Standard entworfen, wie in Abb. 8b gezeigt, wobei \(\mathrm{W}\) angepasst werden kann, um vollständige Elementarzellen entlang der kurzen Kante zu erhalten. Bei der Untersuchung wurden für jede Musterorientierung Proben mit einer relativen Dichte von 36,12 % verwendet. Beachten Sie, dass für jeden Parametertyp fünf Proben für einen Probensatz untersucht wurden. Die zuverlässigen Ergebnisse von mindestens drei Proben wurden gesammelt, um Durchschnittswerte des Elastizitätsmoduls und der Endfestigkeit zu berechnen.

Die Geometrie und Abmessung einer Probe gemäß der ASTM E8/E8M-Norm.

Gemäß der ASTM E8/E8M-Norm wurde ein Zugversuch mit einer Universalprüfmaschine Instron 8802 durchgeführt, um den Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit der 17-4 PH-Edelstahlproben zu ermitteln. Die Zugversuche wurden verschiebungsgesteuert mit einer Geschwindigkeit von 1,0 mm/min vor der Streckgrenze und einer Geschwindigkeit von 5,0 mm/min nach der Streckgrenze durchgeführt. Mit einem Dehnungsmesser wurde die Dehnung im elastischen Bereich gemessen und nach Erreichen der Streckgrenze entfernt.

Mithilfe eines Stückkostenmodells wurden die Gesamtkosten von AM-Produkten während des Herstellungsprozesses geschätzt. Eine allgemeine Gleichung des Gesamtkostenmodells \({C}_{T}\) kann geschrieben werden als

wobei \({C}_{\text{Direkt}}\) die geschätzten Kosten für Rohmaterial, Schnittstelle, Verbrauchsmaterialien und Strom bezeichnet, während \({\dot{C}}_{\text{Indirekt}} \) und \({T}_{P}\) bezeichnen den Kostensatz des Maschinenbetriebs und der Bearbeitungszeit. Darüber hinaus bezeichnen \({\dot{C}}_{\text{Labor}}\) und \({T}_{L}\) den Arbeitssatz und die Arbeitsdauer.

Die Summe der Elementkosten, dh der direkten, indirekten und Arbeitskosten im Zusammenhang mit der Druckaktivität, spiegelt die Kosten des primären BMD-Prozesses wider. Die direkte Kostenschätzung erfasst alle Ausgaben für in das System eingespeiste Materialien (Rohstoff und Schnittstelle), verbrauchte Energie und Verbrauchsmaterialien (Bauplatte, Entbinderungsflüssigkeit, Gas usw.). Der indirekte Kostensatz stellt die wichtigsten Gesamtmaschinenkosten für Abschreibung und Wartung dar, die durch ermittelt werden können

In dieser Studie wurde die Betriebsdauer der Druckmaschine auf zehn Jahre geschätzt, während die jährlichen Wartungskosten je nach Maschinentyp auf 15 bis 20 % der jährlichen Maschinenkosten geschätzt wurden. Darüber hinaus wurde die jährliche Betriebszeit auf 4.000 h festgelegt. Gleichung (6) wurde verwendet, um den gesamten Maschinenkostensatz in Tabelle 5 zu berechnen. Die Arbeitskostenschätzung beschreibt die Kosten, die für einen AM-Produktionsarbeiter anfallen. Tabelle 5 zeigt die Elemente des Gesamtkostenmodells während des gesamten Herstellungsprozesses. Beachten Sie, dass alle geschätzten Kosten auf der Grundlage des Kontexts des Maschinenbesitzers modelliert werden.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Diese Arbeit wurde teilweise von der Universität Chiang Mai unterstützt. Der korrespondierende Autor dankt dem Büro des Ständigen Sekretärs des Ministeriums für Hochschulbildung, Wissenschaft, Forschung und Innovation (OPS MHESI) und Thailand Science Research and Innovation (TSRI) für die finanzielle Unterstützung unter der Zuschuss-Nr. RGNS 64-070. Der zweite Autor hat das Stipendium von der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Chiang Mai erhalten. Diese Forschung ist Teil des Projekts „A Strategic Roadmap Toward the Next Level of Intelligent, Sustainable, and Human-Centered SME: SME 5.0“ aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2021 der Europäischen Union im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Zuschussvereinbarung Nr. 101086487 .

Fakultät für Maschinenbau, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Universität Chiang Mai, Chiang Mai, 50200, Thailand

Thongchai Fongsamootr, Itthidet Thawon, Nakorn Tippayawong und Pana Suttakul

Abteilung für Wirtschaftsingenieurwesen, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Universität Chiang Mai, Chiang Mai, 50200, Thailand

Korrakot Yaibuathet Tippayawong

Forschungseinheit für Supply Chain und Engineering Management, Universität Chiang Mai, Chiang Mai, 50200, Thailand

Korrakot Yaibuathet Tippayawong

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TF initiierte die Konzeption, unterstützte und überwachte diese Forschungsstudie, IT und PS führten die Experimente durch und analysierten die Ergebnisse, NT und KYT sammelten Gelder und überwachten diese Forschungsstudie, PS entwarf die Forschungsrichtung, entwarf, schrieb und redigierte das Manuskript. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft.

Korrespondenz mit Pana Suttakul.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Fongsamootr, T., Thawon, I., Tippayawong, N. et al. Einfluss von Druckparametern auf die additive Fertigung von Metallteilen: Leistungs- und Nachhaltigkeitsaspekte. Sci Rep 12, 19292 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-22613-2

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Eingegangen: 29. Juni 2022

Angenommen: 17. Oktober 2022

Veröffentlicht: 11. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-22613-2

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