Werkstoffe

Intelligent kombiniert.

Additiv-generative Fertigung - Werkstoffe

Das Kerngebiet „Werkstoffe" konzentriert sich auf die Entwicklung und Qualifizierung innovativer Werkstoffe und Werkstoffkombinationen sowie technologiespezifischer Werkstoffadaptionen, primär aus Metallen, aber auch Keramiken, Kunststoffen, Kompositen sowie Nanomaterialien. Ziel ist dabei die Sicherstellung spezifischer Produkteigenschaften sowie die Integration von weiteren Funktionalitäten in das Bauteil. Parallel dazu werden die Eigenschaften bereits eingesetzter Werkstoffe verbessert. Das gilt insbesondere hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der mechanischen Werkstoffeigenschaften, des Alterungsverhaltens, der elektrischen Eigenschaften oder weiterer spezifischer Eigenschaften. Die Werkstoffproduktion muss mit dem vermehrten Einsatz von generativen Fertigungsverfahren Schritt halten, und maßgeschneiderte Werkstofflösungen entwickeln.

Multimaterialkonzepte

Mit konventionellen Fertigungsverfahren können Multimaterial-Bauteile nur durch Fügen von Einzelkomponenten hergestellt werden, verbunden mit hohen Fertigungskosten, erhöhtem Systemgewicht und mitunter verringerter Lebensdauer. Darüber hinaus lässt sich eine Vielzahl von Anwendungen derzeit mit konventionellen Fertigungsverfahren überhaupt nicht realisieren, da sie konzeptbedingt einen Multimaterialansatz in einer integrativen Baugruppe erfordern. Die generative Fertigung bietet die bisher nie dagewesene Möglichkeit zur Kombination völlig unterschiedlicher Werkstoffklassen in einem einzigen Bauteil bzw. die Umsetzung von dreidimensional über den gesamten Bauteilquerschnitt verlaufende Gradientenbereiche mit nur einem einzigen Fertigungsverfahren. Für die Hochtechnologiesektoren Luft- und Raumfahrt, Energie, Optik und Medizintechnik sind derartige Multimaterialkonzepte - Metall-Metall, Metall-Keramik, Keramik-Keramik - schon heute, insbesondere aber in Zukunft unumgänglich.

Zukunftsfähige Werkstoffe für die generative Fertigung

Das Potenzial der generativen Fertigung ist insbesondere im Feld der metallischen und keramischen Werkstoffe bisher nur in einem sehr engen Spektrum nachgewiesen worden. Eine stärkere Hebelwirkung in den Markt kann erzielt werden, wenn die Palette der Werkstoffe wesentlich erweitert wird. Dies betrifft zum einen die konventionellen Konstruktionswerkstoffe, die für generative Prozesse noch nicht qualifiziert und somit anwendbar sind, so zum Beispiel Spezialstähle und Al-Basis-Legierungen. Auch betrifft es Werkstoffe, deren Potenzial durch die generative Fertigung erst gezeigt werden kann, beispielsweise sehr spröde und/oder harte Werkstoffe, die schwer be- und verarbeitbar sind. Um diese Grenzen zu überwinden, sind die Generierung robuster Kenndaten für Prozess und Werkstoff, das Auffinden der Beziehungen zwischen Werkstoff, Prozess und Produkteigenschaften, der Nachweis der Wirtschaftlichkeit, u.a. in Bezug auf die Kosten des Ausgangsmaterials und dessen effiziente Nutzung, notwendig. Sicher ist, dass damit der Übergang vom derzeitigen Fokus auf Hochtechnologien wie Luftfahrt und Medizintechnik hin zur Durchdringung des Massenmarktes möglich wird und revolutionär neue Produktlösungen entstehen.

Funktionswerkstoffe

Sowohl generative Fertigungsverfahren als auch die Integration von Intelligenz in Produkte aller Art sind weltweit hochaktuelle Trends für vielversprechende Märkte der Zukunft. Unter Funktionsintegration versteht man die Ausstattung von Bauteilen mit zusätzlichen funktionellen Eigenschaften bereits in der Teilefertigung, nicht erst in der Montage, indem zum Beispiel Sensoren, elektronische Komponenten, eine EMV-Abschirmung oder Datenleitungen direkt in oder auf den Strukturwerkstoff integriert werden. Voraussetzung für  Funktionsintegration sind jedoch neue Materialien, Designs sowie Fertigungstechnologien. Dafür gibt es Antworten und Lösungen, denn die Vorteile liegen auf der Hand: die Einsparung ganzer Bauteile und Montageschritte, verbunden mit reduzierten Kosten, verringertem Materialverbrauch und Gewicht.