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Additive Fertigung Tragende Leichtbaustrukturen im Auto realisieren

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Wie tragende Leichtbaustrukturen im Automobilbau mit dem Metall-Laserstrahlschmelzen realisiert werden können, damit beschäftigt sich ein Forschungsteam der Technischen Hochschule Mittelhessen.

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Ein Bremssattel, der mit der 3D-Druck-Technik hergestellt wurde.
Ein Bremssattel, der mit der 3D-Druck-Technik hergestellt wurde.
(Bild: Technische Hochschule Mittelhessen)

Das Metall-Laserstrahlschweißen wird bisher vor allem in der Luftfahrtindustrie und der Medizintechnik eingesetzt. Für die Automobilindustrie kann die Technologie „durch Gewichtseinsparung einen maßgeblichen Beitrag zu einer emissionsarmen und ressourcenschonenden Mobilität leisten,“ so Projektleiter Prof. Dr. Udo Jung vom Kompetenzzentrum für Automotive, Mobilität und Materialforschung.

Werkstoff- und Bauteileigenschaften wie ausreichende Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit sind dabei unverzichtbar. Maßgeblich ist dafür die Materialbeschaffenheit in den Randschichten des Bauteils. Dort darf es nicht zu Gaseinschlüssen oder Fehlern wie nicht aufgeschmolzenem Pulver kommen.

Was ist Metall-Laserstrahlschmelzen überhaupt?

Metall-Laserstrahlschmelzen ist 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.

Gegenüber konventionellen Verfahren hat diese additive Fertigung verschiedene Vorteile:

  • Beschränkungen herkömmlicher Produktion gibt es nicht, bei Gussteilen beispielsweise müssen Hohlräume oder Hinterschneidungen vermieden werden
  • Jedes Bauteil lässt sich ohne Werkzeugwechsel anders herstellen als das vorherige – Kleinserien- oder Einzelteilfertigung wird attraktiver
  • Ersatzteile können bei Bedarf dezentral produziert werden – teure Lagerhaltung wird überflüssig

Prozess des Metall-Laserstrahlschmelzens verbessern

„Ziel unseres Projektes ist, mittels geeigneter Belichtungsstrategien Fahrzeugkomponenten zu entwickeln und zu fertigen, die im Randbereich die erforderliche hohe Qualität aufweisen“, erläutert der Leiter des Labors für Leichtbau und Betriebsfestigkeit. Beim Laserstrahlschmelzen der Kernbereiche, die eine geringere Qualität aufweisen dürfen, ließen sich dann die Bauzeiten reduzieren und die Fertigungskosten senken, ohne dass dabei die Qualität leidet.

Prof. Udo Jung (links) und Doktorand Andreas Kern bereiten eine Umlaufbiegeprüfmaschine für den Test einer Werkstoffprobe vor.
Prof. Udo Jung (links) und Doktorand Andreas Kern bereiten eine Umlaufbiegeprüfmaschine für den Test einer Werkstoffprobe vor.
(Bild: Technische Hochschule Mittelhessen)

„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 Jung.

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.

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