TRR 375 HyPo - Multifunktionale Hochleistungskomponenten aus hybriden porösen Werkstoffen

Im Sonderforschungsbereich / Transregio 375 wird eine neue Klasse von Bauteilen erforscht: multifunktionale Hochleistungskomponenten aus hybriden porösen Materialien (HyPo). Diese Werkstoffe kombinieren verschiedene metallische Materialien mit gezielt eingebrachten Poren, um lokal variierende mechanische und thermische Eigenschaften zu erreichen. Neben hoher Festigkeit und geringem Gewicht sollen die Bauteile durch integrierte Sensoren auch eine permanente Selbstüberwachung ermöglichen, wodurch ihre Lebensdauer besser genutzt werden kann.

Das match bearbeitet im TRR 375 das zentrale Teilprojekt B05, das sich auf die additive Fertigung mittels Lichtbogenauftragschweißen (engl: Wire Arc Additive Manufacturing, kurz WAAM) konzentriert. Hier werden Methoden entwickelt, um die Fertigungsprozesse durch adaptive, modellbasierte Bahnplanung zu optimieren. Diese ist notwendig, um die komplexen Materialeigenschaften der HyPo-Bauteile zu realisieren.

Eine der größten Herausforderungen besteht in der Berücksichtigung verschiedener prozessbestimmender Faktoren. Dazu zählen der zeit- und ortsabhängige Temperaturverlauf, die Materialzufuhr, die Auftragsgeschwindigkeit und die zugeführte Energie. Durch umfassende Parameterstudien und die Entwicklung neuer Regelungskonzepte wird untersucht, wie diese Faktoren gezielt gesteuert werden können, um ein stabiles und effizientes Herstellungsverfahren zu ermöglichen.

WAAM bietet hierbei vielversprechende Möglichkeiten. Dieses Verfahren nutzt einen elektrischen Lichtbogen, um Drahtmaterial schichtweise aufzutragen und Bauteile schrittweise aufzubauen. Die hohe Energieeffizienz und die Eignung für großskalige Strukturen machen WAAM zu einem wichtigen Bestandteil der Forschung. Ziel ist es, durch die adaptive Prozessregelung nicht nur auf Abweichungen im Herstellungsprozess zu reagieren, sondern aktiv die Eigenschaften der gefertigten Bauteile zu beeinflussen. So kann beispielsweise die lokale Porosität gezielt eingestellt werden, um eine optimale Kombination aus Stabilität und Gewicht zu erreichen.

Das match arbeitet dabei eng mit weiteren Forschungseinrichtungen des TRR 375 zusammen, um bis 2027 einen praxistauglichen und robusten Fertigungsprozess für HyPo-Werkstoffe zu entwickeln. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen langfristig zur Effizienzsteigerung in der Fertigungstechnik beitragen und innovative Anwendungen in verschiedenen Industriebereichen ermöglichen.