Automotive-Leichtbau-Strukturen aus Additiver Fertigung mit lokal angepassten Eigenschaften (Addi-grad)
Im Projekt Addi-grad (Automotive-Leichtbau-Strukturen aus Additiver Fertigung mit lokal angepassten Eigenschaften) entwickelt die Technische Hochschule Mittelhessen zusammen mit der Continental Engineering Services GmbH Konzepte, mit denen die Vorteile der additiven Fertigung auf die Serienfertigung in der Automobilindustrie übertragen werden können. Im Fokus stehen Verfahren zum Fertigen von Leichtbau-komponenten mit lokal definierten Werkstoffeigenschaften. Projektleiter ist Prof. Dr. Udo Jung.
Herausforderung
Die additive Fertigung gilt als ideales Fertigungsverfahren für Industrie 4.0, weil der Prozess aufgrund seiner Digitalisierung flexibel einstellbar, schnell variierbar und materialeffizient ist. Additive Fertigungsverfahren wie das Laser-Metall-Laserstrahlschmelzen (SLM), haben sich in kurzer Zeit als alternative Fertigungsverfahren etabliert. Zugleich steigt in der Automobilindustrie aus unterschiedlichen Gründen der Bedarf an Leichtbaukomponenten. Es stellt sich die Frage, ob die Vorteile der additiven Fertigung genutzt werden können, um diesen Bedarf effizient und wirtschaftlich zu decken. Eine wichtige Eigenschaft von Bauteilen in der Automobilindustrie ist die Betriebsfestigkeit, die wesentlich von den Randschichteigenschaften der Komponenten abhängt.
Ziele und Vorgehen
Mit dem Projekt Addi-grad soll der Einsatz des additiven Fertigungsverfahrens SLM zur Herstellung von tragenden Leichtbau-Strukturen für die Automobilindustrie möglich werden. Dafür muss das Verfahren so modifiziert werden, dass sich Bauteile in reproduzierbarer Qualität in Serie fertigen lassen. Insbesondere soll gezeigt werden, wie Fahrzeugkomponenten entwickelt und gefertigt werden, die die erforderlich hohe Qualität im Randbereich und in der Nähe von Kerben haben. Dazu wird eine Belichtungsstrategie entwickelt, mit der in jedem Teilbereich des Bauteils individuelle und lokal angepasste Werkstoffeigenschaften erzielt werden. Darüber hinaus soll eine Methode entwickelt werden, mit der das Bauteilverhalten unter Schwingbelastung mit modifizierten Bruchmechanikkonzepten am Rechner prognostiziert wird. Damit könnte eine zulässige Größe von Fehlern bestimmt werden, etwa für Poren. Dies ermöglicht das Einbinden der additiven Fertigung in die heute übliche virtuelle Fahrzeugentwicklung.
Innovationen und Perspektiven
Das Projekt Addi-grad erschließt die Vorteile des additiven Fertigungsverfahrens SLM für die Serienfertigung in der Automobilindustrie. Weil geforderte Werkstoffeigenschaften direkt an der richtigen Bauteilstelle erzeugt werden, können Komponenten nach Einschätzung der Projektpartner sehr materialeffizient hergestellt werden. Dies reduziert Fertigungszeiten und -kosten, weil Nachbearbeitungsschritte entfallen. Die additive Fertigung könne dadurch zum Schlüssel für die Umsetzung neuer Mobilitätkonzepte werden. Die angestrebte Weiterentwicklung des SLM-Verfahrens ermöglicht es auch, neue Märkte zu erschließen, etwa in Medizintechnik, Luftfahrt oder Maschinenbau.