Energieeffiziente und ressourcenschonende additive Fertigung metallischer Bauteile

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FuE-Projektförderung der Sächsischen Aufbaubank
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Ziel dieses Vorhabens ist der Ausbau und die Erweiterung der Kernkompetenz „Additive Fertigungsverfahren“ des Fraunhofer IFAM Dresden durch Geräteinvestitionen. Diese Kernkompetenz umfasst das Prozessverständnis vom Pulver bis zum Bauteil mit allen Fragen rund um Werkstoff, Formgebung, Toleranzen, Prozesssicherheit und spezifische Bauteilanforderungen. Für die Umsetzung dieser Ansprüche in die industrielle Fertigung soll die vorhandene Technologieausstattung mit hoch innovativen Anlagen ergänzt werden, um den rasch steigenden technologischen Herausforderungen insbesondere in den Bereichen Energie, Gesundheit, Mobilität und neue Materialien gewachsen zu sein.

Ein weiteres wichtiges Ziel dieses Vorhabens ist die Stärkung der Strukturen und Kompetenzen in der Forschung als Basis, um innovative und umweltschonende Technologien für die Industrie und Gesellschaft entwickeln zu können.

Das Fraunhofer IFAM will daher mit den geplanten Investitionen die klassische Materialpalette, die heute im Bereich der additiven Fertigung verfügbar ist, um neue metallische Werkstoffe sowie innovative Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde erweitern. Dafür sollen neue Fertigungsverfahren etabliert werden, welche die erforderliche große Materialvielfalt sowie die Herstellung von umweltschonenden, langlebigen und energieeffizienten Bauteilen ermöglichen.

Ergänzend besteht das Ziel des Vorhabens auch in der Weiterentwicklung der notwendigen Prozessschritte zur Prüfung, Herstellung und Charakterisierung der Vormaterialien sowie der notwendigen Vermessung, Prüfung und Charakterisierung der hergestellten Bauteile. Die geplanten Werkstoffentwicklungen betreffen neben rein metallischen Werkstoffen (z. B. Kupfer, Werkzeugstähle) auch metallische Verbundwerkstoffe (z. B. verschleißbeständige Eisenbasislegierungen, Hartmetalle) oder  Formgedächtnislegierungen wie Nickel-Titan mit speziell geforderten funktionellen Eigenschaften, die mit bisherigen additiven Verfahren nicht oder nur mit großen Einschränkungen verarbeitet werden konnten. Ein besonderer Schwerpunkt der Entwicklungen liegt dabei im Bereich der binderbasierten Additiven Fertigungsverfahren wie Filamentdruck sowie stereolithographischen Verfahren.

Ein weiteres Ziel des Vorhabens ist die Verbesserung der Umweltbedingungen. Das Vorhaben leistet einen wichtigen Beitrag zum ressourcenschonenden Umgang mit Materialien und fördert die Abfallminderung. Zum Beispiel können additiv gefertigte Trägerstrukturen aus oxidationsbeständigen Werkstoffen wie z. B. FeCrAl-Legierungen für die Katalyse interessant sein. So können im Vergleich zu herkömmlichen Schüttgutkatalysatoren eine Materialersparnis von bis zu 30 % und eine um bis zu 90 % erhöhte Haltbarkeit erreicht werden. Eine weitere mögliche Anwendung mit hoher Umweltrelevanz stellen Solarreceiver in solarthermischen Kraftwerken dar, mit denen sich höhere Wirkungsgrade erzielen lassen. Ferner können zukünftig vermehrt recycelte Werkstoffe als Rohstoffbasis für die Additive Fertigung genutzt werden.

Im Rahmen der Energiewende soll ein wichtiger Beitrag zur Nutzung alternativer Energiequellen (Wasserstoff, Wind, Solar) und deren Speicherung erbracht werden. Durch Werkstoffinnovationen in der Energietechnik (strukturoptimierte und hochtemperaturtaugliche Materialien) sollen die Energieeffizienz von Werkstoffen gesteigert und Emissionen aus Materialien vermindert werden.