Fachartikel

Crashsichere Aluminiumlegierung für den 3-D-Druck
VON STEFAN CABA, FULDA

Die Additive Fertigung hat enormes Potenzial, um die Produktion von morgen zu revolutionieren und gleichzeitig neue Dimensionen für den Leichtbau zu erreichen. Zur Zeit erfüllen die zur Verfügung stehenden Aluminiumlegierungen noch nicht die hohen Anforderungen, die die Automobilindustrie in Bezug auf die Serienproduktion stellt. Hierzu zählen beispielsweise die Crashperformance und die variable Einsatzfähigkeit. Die vorgestellte Legierungsentwicklung verspricht jedoch einen großen Schritt in diese Richtung.

Innovative Legierungsentwicklungen ermöglichen es, stark gewichtsreduzierte Komponenten im Fahrzeug zu etablieren. Foto: EDAG

Neben den verfügbaren Legierungen selbst bedingt auch die aktuelle Verfahrensgestaltung, dass vornehmlich hochfeste, jedoch nicht duktile, Werkstoffkennwerte im 3-D-Druck erzeugt werden können. Die EDAG Group hat im Rahmen des vom BMBF geförderten Forschungsprojekts „CustoMat_3D“ gemeinsam mit acht Projektpartnern eine Aluminiumlegierung für den Einsatz im Fahrzeug entwickelt, die in der Lage ist, sowohl höhere Festigkeiten als auch höhere Bruchdehnungen bereitzustellen. Letzteres ist insbesondere für den Fall eines Crashs von großer Bedeutung.

In den letzten 3 Jahren wurde die gesamte Prozesskette von der Pulverherstellung über die Simulation bis zur Bauteilentwicklung betrachtet. Die Legierungsdefinition und die Herstellung von Pulvern erfolgte durch das Leibnizinstitut für Werkstofforientierte Technologien (IWT) und Kymera International. Die Verarbeitung und Prozessentwicklung im pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen (LBM) fanden am Fraunhofer IAPT, bei GE Additive sowie bei der FKM Sintertechnik GmbH statt. Eine entsprechende Simulation der schnellen Abkühlung der Schmelze im Prozess wurde vom Fraunhofer ITWM sowie der MAGMA Gießereitechnologie GmbH erforscht. Die Demonstration der Leistungsfähigkeit erfolgten bei der Mercedes-Benz AG und der EDAG Engineering GmbH mit Unterstützung von Altair Engineering. Dieser ganzheitliche Ansatz hat zum Ziel, die additive Fertigung für Serienprozesse zugänglich machen. Die neu erforschte Legierung soll es ermöglichen, stark gewichtsreduzierte Komponenten im Fahrzeug zu etablieren.

In einer Laborphase wurden zunächst fünf neu zusammengesetzte Legierungen experimentell untersucht. Die erfolgversprechendste Legierung konnte gut auf unterschiedlichen Laserstrahlschmelzanlagen aufgebaut und erprobt werden. Das Besondere an der Legierung ist ihre Vielseitigkeit, die es ermöglicht, aus einer einzigen Legierung ein sehr breites Eigenschaftsspektrum zu erzeugen. Diese Eigenschaften können dabei anhand einer nachgelagerten Wärmebehandlung flexibel eingestellt werden. Aus den ermittelten Werkstoffkennwerten wurden Materialkarten erzeugt, die in einer Strukturoptimierung mit der Software Altair OptiStruct einflossen, um das Gewicht von Bauteilen bei gleicher Leistungsfähigkeit zu senken. Besonders ist hierbei, dass auch die Anforderungen aus dem additiven Fertigungsprozess, wie etwa die Bauteilausrichtung, berücksichtigt werden können.

www.edag.com


Stefan Caba, Projektleiter Leichtbauinnovationen, EDAG Engineering GmbH, Fulda  


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pdf-Datei aus "GIESSEREI" Heft 9/2020 Seiten 58-59
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