Additive Fertigungsprozesse für komplexe Produkte in variantenreicher und hochfunktionaler Stahlbauweise (StaVari)

Problemstellung
Die Produktvielfalt in der Automobilindustrie und die zunehmende Funktionsdichte in Geräten der Medizintechnik stellen höchste Ansprüche an die einzusetzenden Werkstoffe. Bei der Materialwahl wird in beiden Branchen Stahl auf Grund seiner breiten Verfügbarkeit, günstigen Klimabilanz sowie guten mechanischen Eigenschaften favorisiert. Moderne hochfeste Stahlwerkstoffe können jedoch meist nicht individualisiert und werkzeuglos mittels additiven Laserverfahren im 3D-Schichtaufbau zu komplexen Produkten verarbeitet werden. Eine entsprechende Prozess- und Anlagentechnik muss hierzu entwickelt werden.

Zielsetzung
Das Ziel des Forschungsprojekts StaVari ist die Entwicklung einer durchgängigen Prozesskette für die additive Fertigung von komplexen, variantenreichen und hochfunktionalen Produkten aus innovativen Stahlwerkstoffen. Mit neuartigen Fertigungsstrategien soll eine markante Produktivitäts- und Qualitätssteigerung erreicht werden. Für den Nachweis der industriellen Anwendbarkeit der angestrebten Lösungen wird prototypisch eine Fertigungszelle mit automatisierter Prozessüberwachung entwickelt.

Vorgehensweise
Ausgehend von praxisnahen Anforderungen aus dem Automobilbau und der Medizintechnik werden Material- und Herstellungskonzepte für das prozessgerechte Bauteildesign erarbeitet. Dazu werden Pulverwerkstoffe aus unterschiedlichen Stahlsorten mit bedarfsgerechten Werkstoffeigenschaften für die additive Verarbeitung qualifiziert. Der additive Fertigungsprozess mittels Laser wird für die Anwendung in der Serienfertigung entwickelt und in eine zu erarbeitende Prozesskette einschließlich nachfolgender Fertigungsschritte integriert. Darüber hinaus wird für die Herstellung komplexer Produkte die Eignung verschiedener Fügetechnologien untersucht. Die Potenziale dieser innovativen additiven Fertigungsprozesskette werden an Beispielanwendungen des Fahrzeugbaus und der Medizintechnik demonstriert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Als Ergebnisse werden beispielhaft eine hochbelastbare, multifunktionale Fahrzeugstruktur und ein hochintegrierter Röntgengenerator mit einer angestrebten Gewichtsreduktion von bis zu 50 Prozent bei deutlich kleinerem Bauraum gefertigt. Diese aussagekräftigen Anwendungsbeispiele eröffnen ein breites Marktpotenzial für additive Fertigungsanlagen in weiteren stahlverarbeitenden Industriebranchen, wie dem Maschinen- und Anlagenbau. Eine Verbreitung der Ergebnisse erfolgt beispielsweise durch Messeaufritte, Publikationen sowie Standardisierungs- und Normierungsaktivitäten.

• Carl Cloos Schweißtechnik Gesellschaft mit beschränkter Haftung
• Concept - Laser GmbH
• EDAG Engineering AG
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• hema electronic GmbH
• Indutherm Gießtechnologie GmbH
• Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien - IWT
• Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH
• Technische Universität Chemnitz
• Technische Universität Hamburg
• Ziehm Imaging GmbH