3D-Druck-Materialien

Andreas Mühlbauer,

Crashsichere Aluminium-Legierung entwickelt

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.

Die additive Fertigung hat enormes Potenzial, um die Produktion von morgen zu revolutionieren und gleichzeitig neue Dimensionen für den Leichtbau zu erreichen. Bisher erfüllten die zur Verfügung stehenden Aluminiumlegierungen noch nicht die hohen Anforderungen, um sie in der Serienproduktion der Automobilindustrie einsetzen zu können. Hierzu zählen beispielsweise die Crashperformance und deren variable Einsatzfähigkeit. Hinzu kommt die aktuelle Verfahrensgestaltung, mit der sich vornehmlich hochfeste, jedoch nicht duktile Werkstoffkennwerte erzielen lassen.

In den letzten drei Jahren wurde die gesamte Prozesskette von der Pulverherstellung über die Simulation bis zur Bauteilentwicklung betrachtet. Ein ganzheitlicher Ansatz soll die additive Fertigung für Serienprozesse zugänglich machen. Die neu erforschte Legierung eignet sich, um stark gewichtsreduzierte Komponenten im Fahrzeug zu etablieren.

In einer Laborphase wurden zunächst unterschiedliche Legierungen experimentell untersucht. Die erfolgversprechendste Legierung konnte erfolgreich auf unterschiedlichen Laserstrahlschmelzanlagen erprobt werden. Das Besondere an der Legierung ist ihre Vielseitigkeit: Aus einer einzigen Legierung lässt sich ein sehr breites Eigenschaftsspektrum erzeugen. Diese Eigenschaften lassen sich anhand einer nachgelagerten Wärmebehandlung flexibel einstellen. Aus den ermittelten Werkstoffkennwerten wurden Materialkarten erzeugt, die in einer Strukturoptimierung mit der Software Altair OptiStruct verwendet wurden, um das Gewicht von Bauteilen bei gleicher Leistungsfähigkeit zu senken. Besonders ist hierbei, dass auch die Anforderungen aus dem additiven Fertigungsprozess wie die Bauteilausrichtung berücksichtigt werden können.

Ausgewählt wurden Bauteile aus verschiedenen Bereichen des Fahrzeugs. Sowohl bei dem dynamisch hochbelasteten Radträger als auch bei einem komplexen Bauteil mit hohen Steifigkeitsanforderungen aus dem Bereich des Radkastens konnten eine effektive Gewichtseinsparung realisiert werden. Diese lag mit teils über 30% oberhalb des erwarteten Potenzials. Aufgrund des additiven Fertigungsprozesses kann hier das Bauteil über ein Laststufenmodell gezielt auf die Anforderungen des jeweiligen Fahrzeugs angepasst werden.

Weiterhin wurden auch Hybridprozesse wie Laserauftragsschweißen sowie Fügeverfahren mit dem neu entwickelten Werkstoff untersucht. In der Simulation war es möglich, die Vorgänge auf der mikroskopischen Ebene des Pulvers über repräsentative Elemente in die makroskopische Simulation des Bauteils zu überführen. So wird eine stark verkürzte Rechenzeit möglich. Als Ergebnis können Eigenspannungen und Verzüge schon vor der Fertigung sichtbar gemacht und verringert werden.

Die neu entwickelte Legierung wird unter dem Markennamen CustAlloy® in wenigen Monaten konventionell verfügbar sein. Die Projektpartner ziehen schon jetzt ein durchweg positives Fazit. Aufgrund der breiten Anwendbarkeit sowie der bereits erfolgten Absicherung von Korrosion, Fügetechnik und vieler weiterer Anforderungen der Automobilindustrie ist die Legierung prädestiniert für erste Serieneinsätze. Alle Projektziele konnten erreicht werden und mit der neuen Legierung, dem zugehörigen Verarbeitungsprozess sowie den erprobten Simulationsmethoden stehen den Experten wirkungsvolle Werkzeuge zur Verringerung des Fahrzeuggewichts und dem Einsatz der 3D-Druck-Technologie in der Serienproduktion zur Verfügung.

Anzeige
Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Additive Fertigung

Design- und Simulationslösung

Altair hat die Fertigungssimulationslösung Inspire Print3D für die Additive Fertigung vorgestellt. Diese bietet eine Reihe an schnellen und genauen Werkzeugen für das fertigungsgerechte Design und die Simulation im SLM-Verfahren hergestellter...

mehr...
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Nortec 2020

Additive Fertigung im Fokus

Orientierung und konkrete Hilfestellung zu Themen der additiven Fertigungbietet bietet die Nortec. Als Fachmesse für Produktion und Campus für den Mittelstand zeigt sie vom 21. bis 24. Januar 2020 die neuesten technischen Entwicklungen und Lösungen...

mehr...