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Jeder Strukturwerkstoff besitzt spezielle Eigenschaften, mit denen er sich unter bestimmten Bedingungen von anderen Werkstoffen abhebt. Da die Anforderungen an die im Leichtbau zum Einsatz kommenden Strukturen immer weiter an Komplexität gewinnen, geht die Strukturentwicklung verstärkt in Richtung Hochleistungswerkstoffe und Werkstoffsysteme.

In diesem Kontext ist von Interesse

  • Eigenschaftsprofile einzelner Werkstoffkompositionen weiter zu vergrößern, denn gerade metallische Werkstoffe zeigen hohe, noch längst nicht ausgeschöpfte Leistungspotenziale.
  • Verschiedene metallische wie auch nichtmetallische Werkstoffkompositionen so miteinander zu kombinieren, dass die einzelnen werkstoffspezifischen Vorzüge im Verbund in optimaler Weise zur Geltung kommen.

Als Kooperationspartner für die Industrie und Forschung liegt der Fokus der Abteilung Leichtbauwerkstoffe in der systematischen, anwendungsorientierten und bedarfsgerechten Optimierung und Weiterentwicklung derartiger Werkstoffe und Werkstoffsysteme einschließlich der Komponentenfertigung sowie der Füge- und Prüfverfahren.

Unsere Aktivitäten umfassen u. a.

  • Werkstoffe:
    Aluminium-, Titanlegierungen, hochfeste Stähle, eigenschaftsgradierte Metalle, Metall-Metall-Verbunde, Hybridverbunde, Funktionsintegrierte Werkstoffe
  • Fertigungsverfahren:
    Materialorientierte Additive Fertigung, Alloy Development, Pulvererzeugung, Wärmebehandeln, Abschrecken, Aushärten, Fügen, Testing

 

Projekte der Leichtbauwerkstoffe

 

@ALL - Additive Fertigung für Aluminium-Trägerraketen-Strukturen

In dem Luft- und Raumfahrt Forschungsprojekt wurde die additive Fertigung von Sekundärstrukturen in Trägerraketen aus hochfesten Aluminiumlegierungen thematisiert.

Hierbei stand sowohl die Industrialisierung der bestehenden Legierung Scalmalloy®, als auch die Entwicklung gänzlich neuer, günstigerer und dennoch hochfester Aluminiumlegierungen im Mittelpunkt. Untersuchungen entlang der gesamten additiven Prozesskette, von der Pulverherstellung über die LPBF-Verarbeitung bis hin zur Werkstoffprüfung, ermöglichten das Erlangen eines umfassenden Verständnisses über die additive Verarbeitbarkeit und die materialkundlichen Mechanismen. Des Weiteren wurden zwei Demonstratorstrukturen im Hinblick auf die mögliche Geometriefreiheit einer Topologieoptimierung unterzogen und anschließend mittels LPBF hergestellt.

Das Projekt konnte im November 2020 erfolgreich abgeschlossen werden.

Bearbeitung: IWT-WT / VT

Förderung: EFRE-LURAFO 1010A

Dieses Projekt gehört zum  Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" am IWT Bremen.

Kontakt:
M.Sc. Marcel Hesselmann
Tel.: 0421 218-64549
E-Mail: hesselmann(at)iwt-bremen.de

CustoMat3D – Maßgeschneiderte LAM-Aluminiumwerkstoffe für hochfunktionale, variantenreiche Strukturbauteile in der Automobilindustrie

Ziel des Projektes CustoMat3D ist die Entwicklung einer simulationsgestützten, werkstoffspezifischen Laser Additive Manufacturing (LAM) Prozesskette für die Automobilindustrie.

Konkret sollen neue Aluminiumlegierungen für das LAM entwickelt werden, welche die automotive-spezifischen Anforderungen an Betriebsfestigkeit, Crash, Bauteilgüte etc. erfüllen. Schlussendlich soll die Prozesskette an hochfunktionalen Fahrzeugstrukturen validiert werden.  

Das IWT für die Entwicklung maßgeschneiderter Aluminiumwerkstoffe für die LAM-Fertigung verantwortlich. Es wurde ein Legierungskonzept entwickelt, welches die schnellen Abkühlgeschwindigkeiten im LAM Prozess nutzt um eine wettbewerbsfähige Alternative zu weit verbreiteten Werkstoffen darstellt. Die Eignung des Werkstoffs wurde an Hand von Struktur- und Fahrwerkskomponenten aus dem Automobilbau demonstriert.

Bearbeitung: WT-LW, VT-SK, EDAG Engineering GmbH, Concept Laser GmbH, Mercedes-Benz AG, ECKA Granules Germany GmbH, Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT, MAGMA Gießereitechnologie GmbH

Förderung: BMBF ProMat_3D 03XP0101G

Laufzeit: 02/2017 – 01/2020

Dieses Projekt gehört zum  Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" am IWT Bremen.

Kontakt:
M.Sc. Daniel Knoop / Farhad Mostaghimi
Tel.: +49421 218 51435
E-Mail: dknoop(at)iwt-bremen.de

StaVari - Additive Fertigungsprozesse für komplexe Produkte in variantenreicher und hochfunktionaler Stahlbauweise

Ziel dieses im Rahmen des BMBF-Forschungsprogramms ProMAT3D Verbundprojektes StaVari, an dem zehn Partner aus Industrie und Wissenschaft beteiligt sind, ist die Entwicklung einer gesamten Prozesskette für die laseradditive Fertigung von Strukturbauteilen aus Stahl für die Automobil- und Medizintechnikindustrie.

Das Hauptziel ist, die Herstellbarkeit hochfunktionaler und komplexer LAM-Bauteilen und deren Kombinierbarkeit mit konventionellen Halbzeugen zu demonstrieren. Das IWT bestimmte hierbei das Legierungskonzept Mittelmanganstahl (ca. 5-12 % Mn) mit mehreren Legierungsvarianten, entwickelte erfolgreich den Pulververdüsungsprozess und arbeitete an einer Wärmebehandlung für die additiv gefertigten Bauteile. Aufgrund der Interdisziplinarität der Aufgaben arbeiten die beiden Hauptabteilungen „Werkstofftechnik“ und „Verfahrenstechnik“ des IWT in diesem Projekt eng zusammen.

Bearbeitung: IWT-WT-LW, IWT-VT-SK

Förderung: BMBF 02P15B052

Kooperationspartnerschaften: EDAG Engineering GmbH, Ziehm Imaging GmbH, Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH, Indutherm Gießtechnologie GmbH, Concept Laser GmbH, Carl Cloos Schweißtechnik GmbH, Hema Electronic GmbH, Leibnitz Institut für Werkstofforientierte Technologien, Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT, Technische Universität Chemnitz, Professur für Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung

Dieses Projekt gehört zum  Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" am IWT Bremen.

Kontakt:
M.Sc. Lena Heemann / Farhad Mostaghimi
Tel.: +49421 218 51414
E-Mail: heemann(at)iwt-bremen.de

LHASa - Laseradditive Fertigung von hochfesten Aluminiumstrukturen

Ziel dieses Projektes ist die additive Fertigung von Bauteilen aus hochfesten Aluminium Legierungen.

Betrachtet wird die komplette Prozesskette  von der Pulverherstellung bis zum getesteten Bauteil, wobei sich das Vorhaben in folgende Teilschritte gliedert:

  • Legierungsentwicklung entsprechend der Bauteilanforderungen
  • Entwicklung einer Pulververdüsungsanlage sowie die Pulverherstellung und Charakterisierung
  • Verfahrensentwicklung des Laserstrahlschmelzprozesses für hochfeste Al-Legierungen
  • Wärmebehandlungsstrategien für Bauteile aus hochfesten Al-Legierungen
  • Tests der gefertigten Bauteile

Die Untersuchungen zur Wärmebehandlung fokussieren sich auf den Einfluss der Behandlung auf die mechanischen Eigenschaften der Bauteile und die Beherrschung des Verzugs.

Bearbeitung: WT-LW, IWT-VT

Förderung: ZIM 16KN021235

Dieses Projekt gehört zum  Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" am IWT Bremen.

Kontakt:
Dr.-Ing. Anastasiya Tönjes
Telefon: +49421 218 51491
E-Mail: toenjes@iwt-bremen.de

PORE-Ti - Zerspanungsoptimiertes Drucken von Ti6Al4V-Komponenten für Verbundbauteile mit CFK

Ziel dieses Vorhabens ist die Herstellung und Zerspanung von Titan-CFK-Verbundbauteilen, deren Titankomponente mittels Selective Laser Melting hergestellt wird.

Es soll untersucht werden, ob sich die Zerspaneigenschaften des Titan-CFK-Verbundbauteils durch das Einbringen von Poren ins Titan positiv beeinflussen lassen. Ebenfalls im Fokus stehen Optimierungspotentiale der Geometrie von Bohr- und Fräswerkzeugen.

Additiv gefertigte Bauteile werden in der Regel endkonturnah gefertigt. Es kann aber nicht in jedem Fall auf eine zerspanende Nachbearbeitung verzichtet werden, vor allem wenn das gedruckte Bauteil zu einem Verbundbauteil mit einem Faserverbundwerkstoff weiterverarbeitet wird. Hierbei ergeben sich besondere Anforderungen an Fertigungsprozess und an Werkzeuge, im speziellen bei einer Kombination aus Titan und CFK.

Titan gilt als schwer zerspanbarer Werkstoff, bei dessen Zerspanung deutlich höhere Kräfte auf die Schneidkante wirken, als es bei CFK der Fall ist. Deshalb sind Werkzeuge für die Titanbearbeitung mit einer definierten Schneidkantenverrundung versehen, um Schneidkantenausbrüchen vorzubeugen. Beim CFK führt diese Verrundung jedoch zu einer verstärkten Delamination bzw. aufgeriebenen Bohrungswänden. Dies stellt für die Bearbeitung von Titan-CFK-Verbundwerkstoffen eine anhaltende Herausforderung dar.

Bearbeitung: IWT-WT/ IWT-FT/Isemann

Förderung: EFRE_LURAFO

Dieses Projekt gehört zum  Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" am IWT Bremen.

Kontakt:
Dipl.-Ing. Annika Repenning
Tel.: +49421 218 51492
E-Mail: repenning(at)iwt-bremen.de

 

Pegasus - Entwicklung eines Druck-Gas-Zerstäubungsverfahrens zur kosten- und materialeffizienten Herstellung von Aluminium-Legierungspulver für die additive Fertigung

Im Rahmen des Projekt „Pegasus“ soll ein neuartiges Druck-Gas-Zerstäubungsverfahren (DGA) entwickelt werden, um die Kosten- und Materialeffizienz bei der Herstellung und Verarbeitung von Aluminiumpulvern deutlich zu steigern.

Die potenziell engere Partikelgrößenverteilung der mittels DGA hergestellten Pulvers steigert die Materialeffizienz und könnte somit sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile gegenüber der konventionellen Technologie schaffen. Um diese Effekte zu bewerten sollen die hergestellten Aluminiumlegierungen hinsichtlich ihrer Eignung für die Additive Fertigung untersucht werden. Der Fokus liegt hierbei vor allem auf der Charakterisierung und Verarbeitung von temperaturempfindlichen Pulverlegierungen.

Bearbeitung: IWT-VT / WT

Förderung: BMWI-AiF/ZIM

Dieses Projekt gehört zum  Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" am IWT Bremen.

Kontakt:
M.Sc. Marcel Hesselmann
Tel.: 0421 218-64549
E-Mail: hesselmann(at)iwt-bremen.de

RobustAM – Robuste und effiziente Prozesse für die laseradditive Fertigung

Ziel des Projektes RobustAM ist die Streuung qualitätsrelevanter Produktparameter (z. B. Porosität) bei der laseradditiven Fertigung metallischer Bauteile zu reduzieren.

Am Beispiel eines Ti6Al4V-Bauteils soll aufgezeigt werden, dass die Bauteillebensdauer durch entsprechendes Verständnis der Wechselwirkungen und Weiterentwicklung der einzelnen Prozessschritte, sowie verbesserter Prozessüberwachung, gegenüber dem Stand der Technik signifikant verbessert werden kann. So soll der erforderliche Prüfaufwand mittelfristig reduziert und idealerweise nur selektiv durchgeführt werden. Daher werden die Datenqualität aus den Prozessen, ein tieferes Verständnis der prozessschrittübergreifenden Wechselwirkungen und die Auswirkungen von Fehlern auf die Bauteillebensdauer untersucht werden.

Bearbeitung: WT-LW, AKON Robotics, AMSIS GmbH, BIAS GmbH, Materialise GmbH, Testia GmbH

Assoziierter Partner: Airbus Operations GmbH

Förderung: EFRE-LURAFO3001C

Laufzeit: 15.04.2020 bis 31.03.2022

Dieses Projekt gehört zum  Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" am IWT Bremen.

Kontakt:
Dr.-Ing. Christian Werner
Telefon: +49421 218 51354
E-Mail: werner(at)iwt-bremen.de

                  

 

SupStruct3D – Phänomenologische Modellkalibrierung zur automatischen Generierung von optimierten Supportstrukturen für die Laseradditive Fertigung

Ziel des Verbundprojekts ist die Entwicklung eines Tools, welches ermöglicht, diese Stützstrukturen für jeden Bauprozess vollautomatisch und optimiert zu erzeugen, um Prozesszeit, Material und Nachbearbeitungsaufwand zu reduzieren.

Denn Bauteile, die laseradditiv aus Metallpulver erzeugt werden, müssen i.d.R. während des Baujobs durch sogenannte Stütz- oder Supportstrukturen stabilisiert werden.

Hierzu ist zunächst eine Prüfkörperentwicklung notwendig, die gewährleistet, dass die Proben stets im Bereich der Supportstruktur (nicht im Überhang zum Einspannbereich der Zugprüfmaschine) versagen und in einem nicht vorbelasteten Zustand getestet werden. Die darauf folgende mechanische Charakterisierung variierender Supportstruktur fließt in ein erweitertes Materialmodell ein. Mit Hilfe von wenigen gedruckten Kalibrierproben kann das Modul zur Supportoptimierung dann ermöglichen, ohne langwierige Versuche die optimale Supportstruktur zu generieren.

Bearbeitung: IWT-WT-LW

Förderung: EFRE-FUE0616B

Kooperationspartner: Additive Works GmbH

Dieses Projekt gehört zum  Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" am IWT Bremen.

Kontakt:
M.Sc. Lena Heemann
Tel.: +49421 218 51414
E-Mail: heemann(at)iwt-bremen.de

GenMat3D – Generierung bedarfsangepasster Materialeigenschaften mittels selektivem Laserstrahlschmelzen für Launcher Strukturen

Das übergeordnete Ziel des Projektes GenMat3D ist die Entwicklung einer neuartigen Prozessführung für die Laseradditive Fertigung im Pulverbett (LPBF), die die Fertigung von Bauteilen mit bedarfsangepassten Materialeigenschaften ermöglicht.

Einsatz finden könnte eine solche Prozessführung in integral gedruckten bionischen Großstrukturen in der Luft- und Raumfahrt. Durch die bedarfsangepasste lokale Gradierung ist eine Reduzierung der Fertigungszeiten bei gleichzeitiger Gewichtsoptimierung der Bauteile angestrebt. Um dies zu ermöglichen müssen Wirkzusammenhänge zwischen den Prozessparametern und den resultierenden Bauteileigenschaften ermittelt werden. Insbesondere auf Mikroebene gibt es bisher keine ausreichenden Kenntnisse über den Einfluss von Bauteiltemperatur- und Geometrie auf die Materialeigenschaften.

Bearbeitung: WT-LW, Ariane Group GmbH, Materialise GmbH, Reiner Seefried GmbH

Förderung: EFRE_LURAFO2002A

Laufzeit: 04/2019 – 12/2021

Dieses Projekt gehört zum  Forschungsschwerpunkts "Additive Fertigung" am IWT Bremen.

Kontakt:
M.Sc. Daniel Knoop
Tel.: +49421 218 51435
E-Mail: dknoop(at)iwt-bremen.de

CFK4KMU_Mach - Entwicklung eines wissensbasierten Planungssystems zur spanenden Bearbeitung von CFK-Verbundwerkstoffen

Das Projekt umfasst die Entwicklung eines wissensbasierten Planungssystems, dass dem Anwender den Einstieg in die spanende Bearbeitung von CFK-Verbundbauteilen erheblich erleichtern soll.

Ohne, dass lange Versuchsreihen von Nöten sind, sollen die für die Bearbeitung von CFK-Verbundbauteilen notwendigen Kenntnisse wie definierte Eingangsparameter, die erforderlichen Werkzeuge,  Schnittparameter etc. für den Prozess ermittelt werden können. Die Ein- und Ausgangsgrößen für das wissensbasierte Planungssystem wurden über empirisch gefundene Zusammenhänge aus umfassenden Versuchsreihen ermittelt und hinterlegt. Betrachtet wurden das klassische Bohren sowie das Orbitalbohren von CFK-Bauteilen und hybriden Verbundbauteilen.

Bearbeitung: IWT-WT, IWT-FT

Förderung: BAB

Kontakt:
Dipl.-Ing. Annika Repenning
Tel.: +49421 218 51492
E-Mail: repenning(at)iwt-bremen.de

HyPaGear - Entwicklung eines Getriebedeckels aus kurzfaserverstärktem Thermoplast mit metallischen Lagersitzen

Zur Verwirklichung optimalen Leichtbaudesigns wird im Verbundprojekt HyPaGear die Auslegung und Herstellung eines Getriebedeckels aus Faserverbundwerkstoffen untersucht, der herkömmlich aus Aluminiumdruckguss hergestellt wird.

 Im Bereich hoher Belastung wird ein materialhybrider Verstärkungseinleger integriert, mit dem eine bessere Lasteinleitung vom Wälzlager in die kurzfaserverstärkte Thermoplastmatrix gewährleistet wird. Das IWT übernimmt die Entwicklung des Metall-Inserts, zu der die Gestaltung, die Optimierung sowie die Herstellung und das Fügen der Metall-Inserts gehören. Sie dienen als Schnittstelle zum Faserverbundwerkstoff und übernehmen die Rolle der Wälzlagersitze im Getriebedeckel. Um eine Materialkompatibilität bzgl. des Ausdehnungsverhaltens beim Spritzgießprozess des thermoplastischen Getriebedeckels zu gewährleisten, werden die Metall-Inserts aus Stahl gefertigt. Zur Untersuchung der Anbindung an der Grenzfläche zwischen Metall und Thermoplastmatrix werden  verschiedene Oberflächenbehandlungen am Metall-Insert durchgeführt und analysiert, welche Methode zur Verbesserung der Lastübertragung beiträgt.

Bearbeitung: IWT-WT/FiBre/Weberit

Förderung: BMWi-AiF/ZIM

Kontakt:
Dipl.-Ing. Annika Repenning
Tel.: +49421 218 51492
E-Mail: repenning(at)iwt-bremen.de

SFB 1232 „Farbige Zustände“ – Teilprojekt U03: Thermische und thermomechanische Wärmebehandlung

Im Teilprojekt U03 wurde eine Bandbreite technischer und darüber hinaus gehender neuer Wärmebehandlungen und Verfahrenskombinationen erarbeitet, anhand derer ein großes Spektrum an Gefügen und damit Eigenschaften von Proben aus Stahl- und Aluminiumwerkstoffen skalenübergreifend eingestellt werden kann.

Es ist erforderlich, durch die Entwicklung von Schnellcharakterisierungsmethoden sowie durch Analyse der hierüber gewonnenen Deskriptoren ein tiefergehendes Verständnis über die bei der Wärmebehandlung ablaufenden metallkundlichen Mechanismen beim Zusammenspiel von Legierung und Wärmebehandlung zu erlangen. Die Entwicklung von dilatometrischen und kalorimetrischen Verfahren zur schnellen, effizienten Charakterisierung von gleichgewichtsfernen Zuständen von Mikroproben war zentraler Inhalt des Teilprojektes.

Bearbeitung: WT-WB und LW

Förderung: DFG, SFB 1232 „Farbige Zustände“

Kontakt:
Dr.-Ing. Anastasiya Tönjes
Telefon: +49421 218 51491
E-Mail: toenjes@iwt-bremen.de