Datengestützte Materialentwicklung für den metallbasierten Leichtbau

Multimaterialbauteile aus Aluminium und Stählen mit geringer Dichte gelten als ein Schlüssel für den Leichtbau der Zukunft. Doch ihre Herstellung ist komplex und fehleranfällig. Das Verbundprojekt StAlVac setzt genau hier an: Mit einem digitalisierten Laserstrahlauftragschweißprozess im Vakuum und maßgeschneiderten Multimaterialkombinationen sollen solche hybriden Leichtbaustrukturen effizient, prozesssicher und ressourcenschonend gefertigt werden.

Die Herstellung von Multimaterialbauteilen stellt eine zentrale Herausforderung für den Leichtbau dar. Ziel des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Kooperationsprojekts StAlVac ist die Entwicklung eines neuartigen digitalisierten Laserstrahlauftragschweißverfahrens im Vakuum, um Multimaterialkomponenten aus Aluminium und Stählen geringer Dichte herzustellen. Hierfür wird ein innovativer Ansatz verfolgt, der Digitalisierung, Additive Fertigung und Werkstoffentwicklung vereint. Die gewählte Kombination aus Aluminium und Stählen geringer Dichte verspricht nicht nur eine hohe mechanische Stabilität, sondern auch eine ressourcenschonende Fertigung.

Gemeinsame Entwicklung komplexer Hybridbauteile

Der Forschungspartner Neue Materialien Bayreuth GmbH konzentriert sich auf die Entwicklung geeigneter Multimaterialkombinationen. Mithilfe des DED-Verfahrens (Directed Energy Deposition / Laserstrahlauftragschweißen) werden Kombinationen aus Stahl und Aluminium in-situ gefertigt. Die Prozessparameter für die Herstellung werden nicht nur experimentell ermittelt, sondern auch mittels maschineller Lernmodelle vorhergesagt, wodurch die Entwicklung deutlich beschleunigt werden kann.

„Mit StAlVac schaffen wir die Grundlage zur Fertigung der nächsten Generation hybrider Leichtbaustrukturen – effizient, digitalisiert und prozesssicher. Die Kombination aus Werkstoffinnovation und integrierter moderner Additiven Fertigung eröffnet neue Potenziale für Anwendungen in der Luftfahrt, im Fahrzeugbau oder im Maschinenbau“, erklärt Dr.-Ing. Haneen Daoud, stellvertretende Bereichsleitung Metalle.

Durch die Prozessführung im Vakuum wird nicht nur die Oxidbildung vermieden – es wird auch die Basis für eine reproduzierbare Verarbeitung hochlegierter, aluminiumhaltiger Stähle geschaffen. Diese neu entwickelten Werkstoffe auf Fe-X-Basis zeichnen sich durch ihre geringe Dichte, hohe Zugfestigkeit und Dehnungsraten aus.

Das Verbundprojekt „StAlVac – Entwicklung eines Anlagenprototyps für den Druck von Multimaterialien aus Aluminium und Stählen mit geringer Dichte durch Laserauftragschweißen im Vakuum“ wird vom Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWE) im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert (Förderkennzeichen KK5027514KL4).

(Quelle: Neue Materialien Bayreuth GmbH)