08.07.2015

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Auf dem Weg zum individuellen Multi-Material-Bauteil

Additive Fertigung nennen Fachleute das, was Laien als 3D-Druck kennen. Diese Technologie ermöglicht es der Industrie, Bauteile in nahezu beliebiger Form und Stückzahl zum Beispiel aus Kunststoff oder Metall herzustellen. An der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) forschen Wissenschaftler im Sonderforschungsbereich 814 – Additive Fertigung daran, die Technik weiter zu verbessern. Denn: Bauteile mit definierten Eigenschaften und aus mehreren Stoffen können bisher nur sehr eingeschränkt hergestellt werden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat den bereits 2011 eingerichteten SFB nun verlängert und fördert ihn über einen Zeitraum von 4 Jahren mit rund 10 Millionen Euro.

Bei der pulver- und strahlbasierten additiven Fertigung werden feinste Pulver bei hohen Temperaturen mit Laser- oder Elektronenstrahlen Schicht für Schicht aufgeschmolzen bis eine gewünschte Bauteilform aufgebaut ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Produktionsmethoden erlaubt die additive Fertigung, Modelle nahezu beliebiger Form zu bauen: Bauteile zum Beispiel, die bisher aus mehreren Einzelteilen montiert werden mussten, können mit Hilfe der neuen Technologie auf ein einziges Bauteil reduziert werden. Dennoch hat sich die additive Fertigung in der Industrie bisher noch nicht durchgesetzt. Der Grund: Bisher können nur sehr wenige Kunststoffe und Metalle für die additive Fertigung verwendet werden – und diese auch nicht in Kombination oder mit hinreichender Wiederholbarkeit. Ein Bauteil besteht bei der additiven Fertigung aus nur einem Material. Die für die Industrie relevanten Stoffe aber – wie beispielsweise Speziallegierungen oder in der Automobilindustrie verwendete technische Kunststoffe – können bisher nicht in Pulverform hergestellt werden, zumindest nicht in der benötigten Qualität.

Hier setzt der Sonderforschungsbereich 814 – Additive Fertigung unter der Leitung von Prof. Dr. Dietmar Drummer, Lehrstuhl für Kunststofftechnik, an. Zusammen mit Kollegen des Bayerischen Laserzentrums erforschen die FAU-Wissenschaftler, wie sich bisher verwendete Pulver während ihrer Herstellung und der Verarbeitung zum Bauteil verhalten. Ihre Forschung soll auch die Grundlage bilden, um neue und verbesserte Pulver herstellen zu können. Zudem arbeiten die Wissenschaftler an Methoden, wie sie mehrere Materialien in ein und demselben Bauteil verarbeiten können.

Für den Sonderforschungsbereich bündelt die FAU ihre Kräfte: Insgesamt 35 Wissenschaftler aus den Fachrichtungen Maschinenbau, Werkstoffwissenschaften, Chemie- und Bioingenieurwesen sowie Mathematik forschen in 15 Teilprojekten daran, die neue Technologie voranzubringen. Ihre Vision: Zukünftig sollen – ähnlich einem herkömmlichen Drucker – Multi-Material-Bauteile mit nur einem Knopfdruck entstehen, die Steuerung dieser Prozesse über das Smartphone nicht ausgeschlossen. Dieses Szenario eröffnet besonders in der Medizin, z.B. für Individualimplantate, neue Möglichkeiten in der Therapie. Aber auch für andere Branchen sehen die Wissenschaftler großes Potenzial für die neue Technologie. „Durch die hohe Flexibilität was die Gestaltung der Bauteile aber auch Produktionsmenge angeht, wird sich die additive Fertigung zu einem festen Bestandteil zukünftiger Fertigungslinien entwickeln. Durch diese Technologie kann die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Standorte international gesteigert werden“, sagt Prof. Drummer.

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