Entwicklung, Fertigung, Charakterisierung und Modellierung von mittels selektivem Laserschmelzen hergestellten Leichtbaustrukturen

• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 498036830

Gegenstand des Vorhabens ist die Stärkung des Forschungsschwerpunktes Leichtbau durch die Anschaffung und wissenschaftliche Erschließung einer L-PBF (Laser-Powder Bed Fusion) Anlage zur endkonturnahen Fertigung von metallischen Strukturen im Pulverbett. Die Einbettung einer solchen Anlage in die vorhandene Infrastruktur dient einer zielgerichteten Erweiterung des Forschungsschwerpunktes und eröffnet zusätzliche Möglichkeiten für die Generation von Folgeprojekten. Hierdurch kann die bereits vorhandene Infrastruktur zur Analyse der Mikrostruktur und mechanischen Werkstoffprüfung im Rahmen wissenschaftlicher Vorhaben besser ausgereizt werden. Den Mittelpunkt des Vorhabens bildet die Entwicklung und additive Fertigung von steifigkeits- und festigkeitsoptimierten Lattice-Plattenstrukturen auf Basis der Al-Legierung AlSi10Mg. Dabei wird der Schwerpunkt auf Lattice-Topologien gelegt, die hohe gewichtsspezifische makroskopische Steifigkeiten sowie Beulstabilität der Zellwände und gewichtsspezifische Festigkeiten für die Grundbeanspruchungsarten Zug, Druck und Schub erreichen können. Hierfür wird eine dünne Zellwanddicke von 0,2 bis 0,3 mm mit möglichst geringer Wandstärkenvariation angestrebt. Die Analyse der erzeugten Lattice-Plattenstrukturen erfolgt mittels CT und REM. Bei den mechanischen Untersuchungen an diesen Strukturen sind über die üblichen Druckversuche hinaus auch zyklische Schubversuche mit einer eigens entwickelten Schubfeldversuchseinrichtung für makroskopisch reine und homogene Schubbeanspruchungsfelder vorgesehen. Die geplanten Forschungsaktivitäten auf Basis der L-PBF Anlage werden am Kompetenzzentrum Leichtbau (LLK) durch eine Bündelung der Kompetenzen aus Struktur- und Modellierungskompetenz, Werkstoffkompetenz und Konstruktions- sowie Fertigungskompetenz ermöglicht. Dabei kann auf vorhandenes Know-How zu zellularen Strukturen und Sandwichstrukturen zurückgegriffen werden, wobei Lattice-Plattenstrukturen deutlich reproduzierbarer und kraftflussgerechter herstellbar sind. Die Möglichkeit der additiven Fertigung von Leichtbaustrukturen und Bauteilen auf metallischer Basis stellt eine wichtige Voraussetzung für die konsequente Weiterentwicklung des Leichtbaus an der Hochschule Landshut dar. Die Anlage soll bereits während des Projektzeitraumes in weiteren Forschungsschwerpunkten der Hochschule Landshut für ihre wissenschaftliche Tätigkeit Anwendung finden.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: L-PBF Anlage
• Gerätegruppe: 5740 Laser in der Fertigung
• Antragstellende Institution: Hochschule für angewandte Wissenschaften Landshut
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Holger Saage
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Otto Huber