Der Bedarf an individuellen, nach Kundenwünschen gefertigten intelligenten und multifunktionalen Bauteilen wächst stetig. Additive Fertigungstechniken wie 3D-Druck eignen sich für die Produktion spezialisierter Bauteile in geringer Stückzahl. Wirtschaftliche, technische und qualitätsbestimmende Faktoren verhindern noch einen Einsatz im großen Stil. Daran soll das Forschungsprojekt etwas ändern.
Der Weltraum-Technologie-Bereich zählt zu den Vorreitern, was die Industrialisierung von metallischem 3D-Druck betrifft. Das liegt unter anderem daran, dass hier dem Kostenfaktor nicht die bestimmende Rolle zukommt. Noch ist die Herstellung von kundenspezifischen, intelligenten Bauteilen zu marktfähigen Preisen Zukunftsmusik.
Das Ziel von HILP4D ist ein neuartiger Produktionsprozess, der aus der Kombination von Laserstrahlschmelzen (Laser Beam Melting LBM) und Laser-Pulver-Auftragsschweißen (Laser Metal Deposition LMD) entstehen soll. Bei LBM wird ein Bauteil durch lokales Aufschmelzen eines Metallpulvers mittels eines Laserstrahls schichtweise aufgebaut. Während die Freiheit bei der Formgebung groß ist, führt der prozessimmanente Temperaturgradient zu Deformationen oder Eigenspannungen. Mit LMD werden bestehende Werkstoffe an neue Anforderungen angepasst, indem ein Zusatzstoff in Form eines Pulvers durch einen Laser mit dem Werkstoff metallurgisch verbunden wird.
Forschen für eine neue Klasse von Bauteilen
Bei dem neuen Fertigungsverfahren geht es zum einen um die Steigerung der Effizienz. Zusätzlich können die Bauteile mit Funktionalisierungen versehen werden, beispielsweise mit Schmierstoffen oder durch die Integration intelligenter Sensoren. „Die direkte Integration von Sensorik ist der Schlüssel zur intelligenten Überwachung von Maschinen oder gar Bauteilen, um eine Produktion möglichst ohne Ausfälle und Schäden sicherzustellen“, erklärt Univ.-Prof. Dr. Hubert Brückl das Forschungsziel. Damit entstünde eine neue Klasse von Bauteilen, die um die Dimension „Sensorik-Intelligenz-Digitalisierung“ erweitert wird. Das Department für Integrierte Sensorsysteme der Donau-Universität Krems forscht in Kooperation mit der Firma Attophotonics an der Sensorfusion und der dazugehörenden Datenübertragung und -aufbereitung. Sensoren sollen es den Bauteilen ermöglichen, lokale Versprödungen durch Wasserstoff aufzuspüren. Dafür muss eine neue Sensortechnologie entwickelt werden, welche den Verschleiß- und Ermüdungszustand eines Bauteils erfassen kann. So könnten Bauteile in der Zukunft ihren „Gesundheitszustand“ fühlen und rechtzeitig anzeigen, dass sie ersetzt werden müssen. Das Projekt hat drei Prototypen mit steigender Komplexität zum Ziel: ein Bauteil für Leichtbaukonstruktion (z. B. Fahrstuhl), ein multifunktionales Umformwerkzeug, wie es für die Bearbeitung von Metall verwendet wird, und ein intelligentes Gleitlager (Bohren, Schleifen, Fräsen, etc.).
Projekt: HILP4D – Hybrider Integrierter Laser-Produktionsprozess zur Herstellung von 4D Bauteilen
Projektzeitraum: 01.04.2019 – 31.03.2022
Fördergeber: Bundesländer (inkl. deren Stiftungen und Einrichtungen)
Projektverantwortlicher: Univ.-Prof. Dr. Hubert Brückl
Projektleitung: AC2T research GmbH - das COMET K2-Zentrum für Tribologie als Leadpartner
Projektpartner: Aerospace and Advanced Composites GmbH, Attophotonics GmbH, Fachhochschule Wiener Neustadt, FOTEC – Forschungs- und Technologietransfer GmbH
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