Die ökologische Transformation der Industrie ist auf innovative Produktösungen angewiesen: Anforderungen an Fertigungsprozesse, Bauteile und Konstruktion steigen. Und der Ansprüche gibt es nicht wenig – Bauteile und Produkte sollen ressourceneffizienter, schneller, langlebiger, effektiver, serientauglich, wettbewerbsfähig und gleichzeitig kostengünstig sein. Großes Potenzial hierfür versprechen additive Fertigungsverfahren, häufig auch vereinfachend 3D-Druck genannt. Mit diesen lassen sich selbst komplexe Leichtbaukomponenten produzieren.
Im Forschungsprojekt Made-3D wollen die Forschenden die Leistung von additiv gefertigten Multimaterial-Bauteilen bedeutend steigern sowie deren Gewicht erheblich verringern, um neue Möglichkeiten des Leichtbaus zu schaffen.
Ziel ist es, eine noch nie dagewesene Gestaltungsfreiheit für hochkomplexe (Leicht-)Bauteile zu ermöglichen. Dafür entwickelt das Projektteam Multimaterial-Bauteile mit lokal zugeschnittenen mechanischen, elektrischen, thermischen und magnetischen Eigenschaften für Anwendungen in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt.
Dazu sollen im Projekt Industrieanwendungen entwickelt werden. Getestet wird in fünf Anwendungsfällen im Bereich der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie. Dabei sind die Ziele klar definiert: Durch die Verarbeitung verschiedener Materialien soll das Gewicht einzelner Teile um bis zu 50 Prozent im Vergleich zu derzeit verwendeten Komponenten reduziert werden – durch Materialersatz (Verwendung leichterer Metalle) und deren Herstellung durch AM (d. h. weniger Materialverbrauch und Individualisierbarkeit der Funktionen).
„Die Multimaterial-Fertigung durch 3D-Druck steckt derzeit noch in den Kinderschuhen. Die fehlenden Materialkombinationen sind die größte Herausforderung, die den Durchbruch dieser Technologie behindern. Durch das Forschungsprojekt soll sie einen großen Sprung nach vorne machen.“
Prof. Dr. Thomas Tröster, Leiter der Fachgruppe Leichtbau im Automobil (LiA) sowie Vorsitzender des Instituts für Leichtbau mit Hybridsystemen (ILH) und des Instituts für Additive Fertigung (PIAF) der Universität Paderborn.
Additiv gefertigte Bauteile lassen sich zwar schon heute fast grenzenlos individualisieren und verschiedene Funktionen in einem einzigen Druckprozess integrieren. Die verwendeten Werkstoffe genügen den vielschichtigen Anforderungen – etwa Biegsamkeit, Temperaturstabilität und magnetische Eigenschaften in einem Teil zu vereinen – aufgrund ihrer homogenen Materialeigenschaften aber oftmals nicht. Hinzu kommt, dass die Mehrheit der Stähle und Legierungen wegen Rissbildungen nicht gedruckt werden kann. Dieses Problem ist noch ausgeprägter, wenn zwei oder mehr Materialien additiv miteinander verbunden werden sollen.
„Unser Ziel ist es, durch die Projektergebnisse eine erhöhte Prozesssicherheit und -geschwindigkeit in der additiven Multimaterial-Fertigung zu erreichen und damit diese innovative Technologie weiter zu industrialisieren.“
Prof. Dr.-Ing. habil. Mirko Schaper, Inhaber Lehrstuhls für Werkstoffkunde (LWK) an der Universität Paderborn
3D-Druck-Materialien werden bisher mit hohem Zeit- und Kostenaufwand empirisch über experimentelle Iterationsschleifen entwickelt. Daher setzt das Forschungsteam auf ein systematisches computerbasiertes Materialdesign. Das Besondere: Für den jeweiligen Anwendungsfall werden die gewünschten Werkstoffeigenschaften in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung berechnet und vorausgesagt. Für jeden Multimaterial-Kandidaten wird dann innerhalb von zwei bis drei Iterationen eine Materialkombination erstellt, die als Blaupause für vielzählige weitere Applikationen dienen kann. Der Einsatz von maschinellem Lernen in der Prozessentwicklung soll zu kürzeren Entwicklungszyklen führen und die Digitalisierung der Prozesskette vorantreiben.
Der Weg vom Pulver zum Bauteil führt dann über Verfahren. Durch Selektives Laserschmelzen (LPBF) und Laserauftragschweißen (DED) werden die zerstäubten Multimaterial-Kombinationen lokal und gezielt verteilt in 3D gedruckt.
Bild oben: Das internationale Team bei der Kick-off-Veranstaltung des Forschungsprojekts Made-3D in der Maschinenbauhalle der Uni Paderborn. (Quelle: Universität Paderborn | Jennifer Bounoua)
Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung
Comments are closed, but trackbacks and pingbacks are open.