Crashsichere Aluminium-Legierung für den 3D Druck im Rahmen des Forschungsprojekts CustoMat_3D

Im Rahmen des Forschungsprojekts CustoMat_3D haben die Partner eine crashsichere Aluminium-Legierung für den 3D Druck entwickelt. Bild: EDAG

| von Götz Fuchslocher

Im Forschungsprojekt CustoMat_3D sollte eine Aluminiumlegierung für den Einsatz im Fahrzeug entwickelt werden, die höhere Festigkeiten und Bruchdehnungen gewährleistet. Letzteres sei insbesondere für den Fall eines Crashs von großer Bedeutung, so der Engineeringdienstleister EDAG.

Neue Legierung bald unter dem Markennamen CustAlloy verfügbar

Gemeinsam mit acht Projektpartnern habe man im Rahmen des vom BMBF geförderten Forschungsprojekts in den letzten drei Jahren die gesamte Prozesskette von der Pulverherstellung über die Simulation bis zur Bauteilentwicklung betrachtet. Mit einem ganzheitlichen Ansatz will man die additive Fertigung für Serienprozesse zugänglich machen, heißt es. Die neu erforschte Legierung kann verwendet werden, um stark gewichtsreduzierte Komponenten im Fahrzeug zu etablieren. Sie soll laut EDAG unter dem Markennamen CustAlloy in wenigen Monaten konventionell verfügbar sein.

Die Legierungsdefinition und die Herstellung von Pulvern erfolgte durch das Leibnizinstitut für Werkstofforientierte Technologien (IWU) und Kymera International. Die Verarbeitung und Prozessentwicklung im pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen (LBM) fanden am Fraunhofer IAPT, bei GE Additive sowie bei FKM Sintertechnik statt. Eine Magma Giessereitechnologie GmbH erforscht. Die Demonstration der Leistungsfähigkeit erfolgten bei der Mercedes-Benz AG und EDAG Engineering mit Unterstützung von Altair Engineering.

Zunächst wurden verschiedene Legierungen untersucht. Aus den ermittelten Werkstoffkennwerten wurden Materialkarten erzeugt, die in einer Strukturoptimierung mit der Software Altair OptiStruct verwendet wurden. Wie die Experten für Software- und Cloud-Lösungen für die Bereiche Produktentwicklung, High-Performance Computing (HPC) und Data Analytics von Altair betonen, ist das Besondere der Software, dass man auch Anforderungen aus dem additiven Fertigungsprozess, wie etwa die Bauteilausrichtung, berücksichtigen konnte. Zudem habe man durch die
simulationsbedingte Optimierung die gesamte Entwicklungsdauer und die werkstoffspezifische Prozesskette deutlich verkürzt.

Gewichtseinsparungen am Bauteil und verkürzte Rechenzeit

Durch die Strukturoptimierung sei es gelungen, das Gewicht der zwei ausgewählten Bauteile, dem Radträger und dem Dämpferdom zu senken, während deren Leistungskennwerte erhalten blieben, teilt Altair mit. So konnten Gewichtseinsparungen von bis zu 37 Prozent erreicht werden. Mit dem neu entwickelten Werkstoff wurden darüber hinaus Hybridprozesse untersucht - etwa Laserauftragsschweißen und Fügeverfahren. In der Prozesssimulation war es möglich, die Vorgänge auf der mikroskopischen Ebene des Pulvers über repräsentative Elemente in die makroskopische Simulation des Bauteils zu überführen und so die Rechenzeit stark zu verkürzen. Als Ergebnis können Eigenspannungen und Verzüge der Bauteile schon vor der Fertigung sichtbar gemacht und zielgerichtet verringert werden.