Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Materialeffiziente Herstellung belastungsangepasster Blechbauteile mit durch Laser additiv aufgebrachten flexiblen Verstärkungszonen

Das übergeordnete Ziel des Projektes besteht darin, durch flexible lokale Blechdickenerhöhung (Patches) funktionsangepasste Blechbauteile mit besonders hoher Materialeffizienz zu fertigen. Die Aufdickungen sollen auf dem Halbzeug vor der Umformung und auf bereits umgeformte Bauteile aufgebracht werden. Dazu sollen zwei Verfahren untersucht werden: die additive Herstellung von Patches durch pulverbasiertes Laserauftragschweißen und die Herstellung von Patches durch Applizieren und Funktionalisieren von Tapes (flexible Matten aus Metallpulver) jeweils auf dem Halbzeug (Tailored Laser Cladded Blank und Tailored Taped Blank) sowie auf dem Bauteil. Als Ergebnis sollen Verfahrensparameter verfügbar sein, die eine stoffschlüssige Verbindung der Patches bei minimalem Verzug, möglichst glatter Oberfläche und hoher Auftragsrate ermöglichen. Die Validierung erfolgt anhand von Demonstratoren. Zudem werden Konzepte für die Integration der Verfahren in bestehende Prozessketten erarbeitet. Bei den in der Regel in kleinen Serien produzierten spezialisierten Bauteilen ist eine wirtschaftliche Fertigung zurzeit durch die Notwendigkeit der Herstellung neuer Werkzeuge enorm schwierig. Ein flexibles und werkzeugloses Verfahren zur lokalen Verstärkung von belastungsoptimierten Bauteilen ermöglicht KMU der Blechbearbeitung - insbesondere Automobil-Zulieferern - eine kostengünstige Möglichkeit zur Fertigung von kundenspezifischen Bauteilen. Der konkrete Nutzen besteht im Einzelnen in der wirtschaftlichen Herstellung von Ultraleichtbauteilen mit hoher Materialeffizienz sowie der Schaffung des Technologievorsprungs bei der Herstellung von Bauteilen für Derivate, Fahrzeugvarianten und belastungsoptimierten Bauteile in kleineren Serien.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Projektes war die Entwicklung lokal optimierter und verstärkter Blechbauteile und Blechhalbzeuge unter Verwendung additiver Verfahren. Im Rahmen des Projektes konnte gezeigt werden, dass unterschiedliche additive Fertigungstechnologien angewendet werden können, um Bleche und Blechbauteile lokal zu verstärken und zu optimieren. Hierbei konnte der Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften sowie auf die Umformbarkeit verstärkter Halbzeuge quantitativ ermittelt werden. Gleichzeitig wurde der Einfluss auf Werkstoffeigenschaften (Gefüge, Kornstruktur) ermittelt und dargestellt. Ergänzend hierzu wurden numerische Methoden und Optimierungsmöglichkeiten vorgestellt, mit denen die Prozesse a priori ausgelegt werden können, um eine höhere Effizienz zu erreichen. Es konnte ebenfalls gezeigt werden, dass die lokalen Verstärkungen zur Funktionalisierung von Blechbauteilen verwendet werden können. Abschließend wurde die Technologie an Demonstratorbauteilen angewendet, um deren Potential aufzuzeigen.

Relevante Anwendungsbereiche bieten sich vor allem bei der Herstellung von Derivatbauteilen an, die aus Großserien abgeleitet werden, da hier die Herstellung teurer Werkzeuge eingespart werden kann. Zudem bietet diese Technologie neue Optionen für KMU, da diese durch eine hohe Flexibilität bei der Herstellung unterschiedlicher Bauteile einen Wettbewerbsvorteil erlangen können.