Wirtschaftsspiegel Thüringen – Ausgabe 01/2021

Abbildung 1: Prozesskette von hybriden Materialien über hybride Bearbeitungsverfahren hin zu hybriden Bauteilen Die Forschergruppe „Hybrid4“ im Thü- ringer Zentrum für Maschinenbau (Pro- jektkoordinator GFE Schmalkalden und Projektpartner ifw Jena und EAH Jena) hat zum Ziel, diesen Konflikt aufzulö- sen, indem das Zusammenspiel moder- ner Maschinenbautechnologien in einer neuen Prozesskette entlang der Wert- schöpfung erprobt wird. Produkte und ihre Bauteile werden in Zukunft immer komplexer und müssen hochintegriert sowohl Funk- tionalität als auch strukturmechanische Anforderun- gen vereinen. Das stellt die Fertigung vor immer neue Herausforderungen. Einerseits kommen klassische Prozessketten technologisch an ihre Grenzen, ande- rerseits fordert der Zeit- und Kostendruck effiziente und flexible Fertigungsmethoden bei gleichbleibend hoher Qualität. Forschergruppe Hybrid4 Neue Prozessketten für moderne Bauteile Moderne Anwendungen z. B. im Trans- portwesen (Leichtbau), im Maschinen- und Anlagenbau (Werkzeugoptimie- rung), in der Elektronik (integrierte Sen- sorik), in der Energiespeicherung (Mi- niaturisierung/Elektroden) oder auch in der Medizintechnik (Prothesen und Orthesen) erfordern völlig neue Mate- rialeigenschaften, welche mit klassi- schen Werkstoffen allein nicht mehr zu erfüllen sind. In Hybridwerkstoffen werden Materialien unterschiedlicher Werkstoffklassen zu einem neuen Werk- stoffsystem kombiniert, sodass sich die Vorteile aller Komponenten ergänzen und neue Eigenschaften ermöglichen. So können z.B. bei gleicher oder verbes- serter Leistungsfähigkeit eines Bauteils entweder das Bauteilgewicht oder die Kosten des Bauteils reduziert werden. Da klassische Fertigungstechnologien meist werkstoff- und bauteilspezifisch ausgelegt sind, ist die Fertigung hybri- der Bauteile im Multi-Material-Mix mit den heute verfügbaren Prozessketten nicht wirtschaftlich. Hybride Verfahren, die z.B. subtraktive und additive Ferti- gung miteinander kombinieren, verbin- den die konstruktiven Vorzüge der addi- tiven Fertigung mit den realisierbaren Toleranzen der spanabhebenden Ver- fahren. Hybride Bauteile erreichen mit der Syn- these von verschiedenen Funktions- elementen aufgeteilte Struktur- und Funktionsbereiche im Bauteil und ent- sprechen somit den Anforderungen aus Komplexität und Kostendruck besser als Bauteile aus Monowerkstoffen. Die Verbindungstechnik zwischen Bauteil- komponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen ist dabei eine zentrale He- rausforderung, da jeder Werkstoff eige- ne Anforderungen an das Fügeverfah- ren mitbringt. Abbildung 2: a) Ferritmaterial T36 mit Verstärkung aus Titan-Carbid-Partikeln zur Erhöhung der Härteeigenschaften (Quelle: ifw Jena) b) 3D-gedrucktes Werkstoffgefüge in Abhängigkeit der Aufbaurichtung (links horizontal/rechts vertikal) (Quelle: GFE Schmalkalden) Produktion in Thüringen 8 Foto unten: 3D-Schilling Dr.-Ing. Martin Schilling, Geschäftsführer 3D-Schilling GmbH „Am ThZM schätze ich, dass es eine Plattform ist, die unterschiedliche Betriebsformen und Charaktere der dort Verantwortlichen zu matchen im Stande ist. Das betrifft sowohl Forschungskooperationen als auch die tägliche Zusammenarbeit der Unternehmen untereinander.“