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Additive Fertigung Bionik soll den Leichtbau verbessern

| Redakteur: Katharina Bormann

Das Metall-Laserstrahlschmelzen ist ein relativ neues Fertigungsverfahren. In einem Forschungsprojekt an der Technischen Hochschule (TH) Mittelhessen prüfen Forscher nun, welche Möglichkeiten es bietet, um Erkenntnisse aus der Bionik im Leichtbau einzusetzen. Beispielhaft soll dazu ein neuartiger Wastegate-Steller hergestellt werden.

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Die additive Fertigung mittels Metall-Laserstrahlschmelzen erlaubt die Herstellung von Bauteilen mit sehr filigranen Strukturen, was mit herkömmlichen Verfahren nicht möglich ist.
Die additive Fertigung mittels Metall-Laserstrahlschmelzen erlaubt die Herstellung von Bauteilen mit sehr filigranen Strukturen, was mit herkömmlichen Verfahren nicht möglich ist.
(Bild: TH Mittelhessen/Armin Eikenberg)

Wie sich Verfahren, Konstruktions- und Entwicklungsprinzipien der Natur in technische Anwendungen umsetzen lassen, soll mit der Bionik herausgefunden werden. Zu wichtigen Ergebnissen dieser Bionik-Forschung gehören beispielsweise der Klettverschluss, Schwimmflossen oder auch technische Strömungskörper, die widerstandsarme Körperformen von Fischen zum Vorbild haben.

Weniger Restriktionen beim Metall-Laserstrahlschmelzen

Bei konventionellen Fertigungsverfahren ist es oftmals schwierig, Bauteile mit besonderen Formen herzustellen. Beim Metall-Laserstrahlschmelzen hingegen fallen diese Restriktionen größtenteils weg. Das Produkt wird schichtweise aufgebaut. Dabei werden sehr dünne Pulverschichten von einem mit CAD-Datensatz gesteuerten, mehrere hundert Grad heißen Laserstrahl miteinander verschmolzen. Die schichtweise Bearbeitung erfolgt in vertikaler Richtung.

Gegenüber konventionellen Verfahren hat diese additive Fertigungsweise verschiedene Vorteile. So fallen zum Beispiel Beschränkungen klassischer Produktionstechniken, die etwa bei Gussteilen Hohlräume oder Hinterschneidungen vermeiden müssen, weg. Den Forschern der TH zufolge ermöglicht das additive Fertigungsverfahren für metallische Werkstoffe eine hohe Gestaltungsfreiheit in der Konstruktion stark beanspruchter Bauteile.

Bionik und additive Fertigung für den Leichtbau

Ziel ist es, Bionik und additive Fertigung für den Leichtbau nutzbar zu machen. Entsprechend sollen zwei Prozesse erarbeitet werden: Zum einen ein rechnergestütztes Verfahren zur Auffindung optimaler Strukturen mithilfe der Bionik und zum anderen ein Herstellungsprozess für additiv gefertigte Bauteile mit hoher Oberflächenqualität ohne Nachbearbeitung.

Beispielhaft soll von den Wissenschaftlern ein neuartiger Wastegate-Steller hergestellt werden. Dieses Bauteil ist in einem Abgasturbolader für die Regelung des Ladedrucks zuständig und somit hohen Belastungen ausgesetzt. Der elektrohydraulisch betriebene Wastegate-Steller soll unter anderem leistungsfähiger und leichter sein als die herkömmliche elektromechanische Variante. Außerdem soll er nur halb so viel Energie verbrauchen.

Für das neue Produkt werden von den Projektpartnern Absatzzahlen von 1 Mio. Stück im Jahr 2020 und 2 Mio. im Jahr 2025 erwartet. Das Forschungsprojekt hat eine Laufzeit von zwei Jahren und ein Gesamtvolumen von 420.000 Euro.

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