BTU- Konsortium entwickelt maßgeschneiderte Werkstoffe für den 3D-Druck

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Der maßgeschneiderte Aluminium-Fülldraht mit Kohlenstoff-Nanostrukturen wird im Lichtbogen aufgeschmolzen und erzeugt so Schicht für Schicht das Bauteil.
Der maßgeschneiderte Aluminium-Fülldraht mit Kohlenstoff-Nanostrukturen wird im Lichtbogen aufgeschmolzen und erzeugt so Schicht für Schicht das Bauteil. (Foto: Lehrstuhl Füge- und Schweißtechnik)

Generative Fertigungsverfahren boomen. Sie ermöglichen die energie- und ressourceneffiziente Herstellung von metallischen Komponenten. Der verbreitete  3D-Druck mit dem Laser-Pulver-Auftragschweißen ist im Gegensatz zum Verfahren des Lichtbogen-Auftragschweißens vergleichsweise langsam und teuer.

Ziel der Forschenden um Prof. Vesselin Michailov ist es, einen maßgeschneiderten Aluminium-Fülldraht für die generative Fertigung zu entwickeln, der im Inneren aus einem Verbundpulverkern mit festigkeitssteigernden Kohlenstoff-Nanostrukturen besteht. „Dieses Material ermöglicht es uns leichte Bauteile mit hoher Festigkeit formfrei herzustellen“, so der Wissenschaftler.

Die aus der Schweißtechnik abgeleitete Fertigung mit einem abschmelzenden Draht ist für die generative Fertigung großer Bauteile hervorragend geeignet. 3D-Bauteile aus digitalen Daten im Computer-Aided Design (CAD) werden mit dieser werkzeuglosen Verarbeitungstechnologie in nahezu beliebiger Komplexität schichtweise aufgebaut. „Für die Herstellung von Leichtbaukomponenten aus Aluminium steht jedoch derzeit nur eine begrenzte Palette an niedrigfesten Standarddrähten zur Verfügung“, so Prof. Vesselin Michailov, Leiter des Lehrstuhls Füge- und Schweißtechnik. „Zusatzwerkstoffe zur Herstellung leichter und dennoch fester Bauteile beispielsweise aus Titan sind nur auf wenige Anwendungen begrenzt verfügbar und sehr kostenintensiv.“

Gemeinsam mit einem Projektkonsortium aus Wissenschaft und Wirtschaft untersuchen die Forschenden die Anwendung der drahtbasierten generativen Fertigung mit Lichtbogen, aber auch mit Laser und Plasma. Das Konsortium mit den Partnern Kraftwerks-Service Cottbus Anlagenbau GmbHGEFERTEC GmbH (Berlin)MIGAL.CO GmbH (Landau/Isar) und dem Institut für Elektronik der Bulgarischen Akademie der Wissenschaften (Sofia) bündelt die Kompetenzen, um die Grundlagen zur Modifizierung von Aluminium mit nanoskaligen Kohlenstoffstrukturen zu einem hochfesten Zusatzwerkstoff umzusetzen.

Das BTU-Forschungsvorhaben „AluNanoCore- High strength nano reinforced aluminium powder cored wire for arc based ALM“ ist eines der drei im Themenschwerpunkt „Materialien für die additive Fertigung“ des M-ERA.NET Call 2018 ausgewählten Projekte. Als eines von 26 aus 166 Projektideen ausgewählten Vorhaben fördert das M-EARA.NET-Netzwerk dieses mit einem Volumen von 1,3 Mio. €. Das Netzwerk besteht aus 43 öffentlichen Förderorganisationen aus 32 europäischen und außereuropäischen Ländern. Deutsche Projektpartner sind das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und der Projektträger Jülich mit dem nationalen Förderprogramm „Vom Material zur Innovation“. (pm)

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