Generative Fertigung von Multi-Material-Leichtbaustrukturen
und -Werkzeugsystemen

Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe besitzen ein großes Leichtbaupotential und ermöglichen neuartige Bauweisen für ressourcenschonende Hightech-Produkte. Die intelligente Kombination von Faserverbunden mit klassischen Konstruktionswerkstoffen wie Metallen – das sogenannte Multi-Material-Design (MMD) – führt weiterhin zur deutlichen Erweiterung des Anwendungsspektrums infolge der zielgerichteten Ausnutzung werkstoffspezifischer Vorteile. Das große Potential lässt sich jedoch nur dann wirtschaftlich nutzen, wenn geeignete effiziente Fertigungstechnologien für unterschiedliche Stückzahlszenarien zur Verfügung stehen.

Motivation

Die Realisierung von MMD-Leichtbaustrukturen wird bislang durch kostenintensive Anlagentechnik und vor allem durch hohe Formwerkzeugkosten erschwert, was den Einsatz dieser neuartigen Hybridstrukturen insbesondere für kleine bis mittlere Stückzahlen verwehrt. Ein weiteres ungenutztes Potential bieten stetige Kundenanfragen nach MMD-Musterbauteilen, um diese unter Einsatzbedingungen zu prüfen und anschließend eine Serienfertigung zu beauftragen. Die bisherigen hohen Investitionskosten sind jedoch insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) nicht zu stemmen.

Generative Verfahren könnten hier eine Lösung bieten. Die auch unter dem Namen „3D-Druck“ bekannten additiven Technologien revolutionieren aktuell branchenübergreifend die Fertigungsindustrie. Allerdings ist es bislang nicht möglich MMD-Leichtbauteile, etwa eine Faserverbund-Metall-Hybridstruktur, generativ zu fertigen. Mit dem gebräuchlichen schichtweisen additiven Materialauftrag ist zudem eine eigenschaftskonforme Abbildung nicht möglich, so dass der Kunde das erzeugte Bauteil zwar geometrisch abmustern, jedoch aber nicht im Einsatzfall testen oder direkt einsetzen kann. Damit Unternehmen tatsächlich ohne Investitionskosten ein MMD-Musterbauteil mit späteren Serieneigenschaften anbieten können, fehlen geeignete Methoden und Technologien zur kostengünstigen eigenschaftskonformen generativen Herstellung.

Lösungshypothese

Das Konsortium setzt daher mit dem übergreifenden Ziel an, generative Fertigungstechnologien für Multi-Material-Leichtbaustrukturen mit anwendungsgerechtem strukturmechanischem Eigenschaftsprofil sowie zugehörige Werkzeugtechnologien an einem MM3D-Demonstrator zu erforschen und zu erproben. Flankierend zur Technologieentwicklung sollen im Sinne der nachhaltigen Verwertung der Forschungsergebnisse auch Formen zur effizienten unternehmensübergreifenden Zusammenarbeit aus der Idee einer „Shared Factory“ entwickelt und exemplarisch erprobt werden, so dass im Ergebnis ein signifikanter Wettbewerbsvorteil für sächsische Unternehmen in einem bedeutenden Zukunftsmarkt möglich wird.