Prof. Udo Jung (links) und Doktorand Andreas Kern bereiten eine Umlaufbiegeprüfmaschine für den Test einer Werkstoffprobe vor. (Bild: Armin Eikenberg)
Beim Metall-Laserstrahlschmelzen handelt es sich um eine industrielle 3D-Druck-Technik, mit der ein Produkt schichtweise aufgebaut wird. Ein von einem CAD-Datensatz gesteuerter Laserstrahl verschmilzt bei Temperaturen von mehreren hundert Grad sehr dünne Pulverschichten. Die Bearbeitung erfolgt Schicht für Schicht in vertikaler Richtung. Wie sich das Metall-Laserstrahlschmelzen nutzen lässt, um im Automobilbau tragende Leichtbaustrukturen herzustellen, soll das Forschungsvorhaben der Technischen Hochschule Mittelhessen zeigen, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit knapp 600.000 Euro gefördert wird. Projektleiter ist Udo Jung vom Kompetenzzentrum für Automotive, Mobilität und Materialforschung.
Für die Automobilindustrie könne die Technologie, die bisher vor allem in der Luftfahrtindustrie und der Medizintechnik eingesetzt wird, „durch Gewichtseinsparung einen maßgeblichen Beitrag zu einer emissionsarmen und ressourcenschonenden Mobilität leisten“, erklärt Jung. Werkstoff- und Bauteileigenschaften wie ausreichende Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit stellen dabei unverzichtbare Voraussetzungen dar, so die Forscher. Maßgeblich sei dafür die Materialbeschaffenheit in den Randschichten des Bauteils. Dort dürfe es nicht zu Gaseinschlüssen oder Fehlern wie nicht aufgeschmolzenem Pulver kommen.
„Ziel unseres Projektes ist, mittels geeigneter Belichtungsstrategien Fahrzeugkomponenten zu entwickeln und zu fertigen, die im Randbereich die erforderliche hohe Qualität aufweisen. Im Umkehrschluss lassen sich dann beim Laserstrahlschmelzen der Kernbereiche, die eine geringere Qualität aufweisen dürfen, die Bauzeiten reduzieren und die Fertigungskosten senken, ohne dass dabei die Qualität leidet,“ erläutert Jung.
Für Komponenten der Radaufhängung oder hochbelastete Motorhalter
„Das gezielte Einbringen von solchen gradierten Werkstoffeigenschaften durch die Modifizierung des Fertigungsverfahrens über die Belichtungs- und Aufbaustrategie von Metallen ist bisher nicht erforscht. Wir sehen die Chance, auf diese Weise den Prozess des Metall-Laserstrahlschmelzens zu verbessern und für eine neue Fahrzeugtechnologie zu nutzen,“ so der Maschinenbauingenieur. Als Bauteile, für die das Verfahren in Frage kommt, nennt er beispielhaft Komponenten der Radaufhängung wie Radträger und Dämpfer oder im Betrieb hochbelastete Motorhalter.
Das Vorhaben hat eine Laufzeit von vier Jahren und wird im Rahmen des Programms „Forschung an Fachhochschulen“ finanziert, zu dessen Zielen die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses gehört. In dem Friedberger Projekt sei deshalb auch eine Promotion vorgesehen. Kooperationspartner ist dabei Michael Vormwald vom Fachgebiet Werkstoffmechanik der TU Darmstadt.
