Entwicklung und Erprobung eines neuartigen ALM-Verfahrens für mesoskalige metallische Strukturen auf Basis selektiver galvanischer Deposition

Translated title
Development and Validation of a Novel ALM Process for Mesoscale Metallic Structures by Utilizing Selective Galvanic Deposition
Publication date
2023
Document type
PhD thesis (dissertation)
Author
Meyer, Tobias
Advisor
Referee
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2023-09-20
Organisational unit
DDC Class
620 Ingenieurwissenschaften
Keyword
Additive Manufacturing
Galvanic Deposition
Mesocale Metallic Structure
Electrochemical Deposition
Electrochemical Additive Manufacturing
Abstract
Das Feld der additiven Fertigung hat in den vergangenen Jahren stark an Relevanz gewonnen. Eine besondere Bedeutung kommt hierbei jenen Verfahren zu, welche die additive Herstellung metallischer Bauteile, üblicherweise im Schmelzverfahren, ermöglichen. Die vorliegende Arbeit befasst sich daher mit der additiven Fertigung kleiner metallischer Strukturen unter Nutzung galvanischer Depositionsmechanismen als alternativem Ansatz. Dabei hebt sich die Arbeit durch den vergrößerten Versuchsmaßstab und die folglich veränderte technische Umsetzung von vorangegangenen Arbeiten ab. Neben dem umfangreichen Stand der Technik und der Forschung der additiven Fertigung behandelt diese Arbeit ausführlich die im hiesigen Kontext relevanten Grundlagen der galvanischen Stoffabscheidung. Aus diesen wird der Lösungsansatz der lokalen Begrenzung der Stoffabscheidung mittels einer düsenartigen Vorrichtung abgeleitet. Randbedingungen, welche sich aus dem gewählten Lösungsansatz ergeben, werden dabei ebenfalls betrachtet sowie die resultierenden Effekte im Rahmen einer physikalischen Modellbildung postuliert. Ferner behandelt diese Arbeit die zur Validierung des Lösungsansatzes durchgeführten iterativen Versuche und deren Versuchsaufbauten. Hierbei werden auch die gewonnenen Erkenntnisse zu möglichen Einfluss- bzw. Störfaktoren innerhalb der Versuche und die entwickelten Verbesserungen zu deren Behebung bzw. Kompensation erläutert. Ein besonderes Augenmerk dieser Arbeit liegt in diesem Zusammenhang auf der Darlegung der Notwendigkeit und der Umsetzung einer aktiven Prozessführung in Form einer Schichtdickenregelung. Schließlich werden die im Zuge der Versuche erzeugten metallischen Strukturen präsentiert und die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen hinsichtlich der getroffenen fertigungstechnischen Annahmen, der Oberflächencharakteristik und der Defektvolumen erläutert. Abschließend wird die Validität der entwickelten Fertigungstechnik an einem Demonstratorbauteil nachgewiesen.
Version
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