Additive Fertigungstechnologien haben in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung erfahren. Mit einem Thementag zur Generativen Fertigung hat der Carbon Composites e.V. (CCeV) dieses hochaktuelle Thema aufgegriffen und wird die Entwicklungspotentiale insbesondere in Bezug auf faserverbundintensive Mischbauweisen künftig in einer neuen Arbeitsgruppe näher beleuchten.
Bei der Fertigung von individualisierten, geometrisch komplexen Bauteilen stoßen traditionelle Fertigungsverfahren oft an ihre technologischen und wirtschaftlichen Grenzen. Additiv-generative Verfahren wurde ursprünglich zur effizienten Herstellung von Mustern und Prototypen entwickelt. Sie bieten hierbei besondere Einsatzpotentiale, die infolge einer stetigen Entwicklung von Prozessen und Werkstoffen mittlerweile auch für die Kleinserienproduktion interessant sind. Durch die bessere Materialausnutzung, kürzere Fertigungszeiten und die große Flexibilität
bieten diese vielfältigen Fertigungstechnologien großes Potenzial zur Realisierung von Ultra-Leichtbaustrukturen.
Diesem weitreichenden Themenkomplex widmete der CCeV am 9. Juli 2015 einen ersten Thementag am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden. Mehr als 40 Teilnehmer aus Wissenschaft und Wirtschaft erörterten an diesem Tag die Potenziale sowie die kurz- und mittelfristig zu erwartenden technologischen Fortschritte, aber auch die Risiken und aktuellen Defizite.
Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens betonte dabei die Vorteile von additiv-generativen Fertigungsverfahren, wie eine schnellere Verfügbarkeit des Bauteils oder Kosteneinsparungen. "Unser Ziel ist es, bis 2020 additiv-generativ hergestellte Produkte auf den Markt zu bringen, deren Eigenschaften 20 % besser und deren Kosten 20 % niedriger als bei konventionell gefertigten Bauteilen sind", so Leyens. Diese Optimierungen führten künftig zu
einer erheblichen Erweiterung der Bandbreite möglicher Anwendungen. Trotzdem würden sie die konventionellen Fertigungsverfahren nie ganz ersetzen, sondern immer nur dort ergänzen, wo es sinnvoll ist.
Als große Herausforderung identifizierten die Experten die Interaktion zwischen Verfahrensparametrierung und resultierender Werkstoffqualität. Denn Werkstoff und Bauteil entstünden gleichzeitig, sodass technologische und methodische Parallelen zu klassischen Verbundwerkstoffen evident seien. Ebenso vielfältig wie bei den herkömmlichen Verbundwerkstoffen seien mittlerweile auch die Anwendungen additiv-generativ gefertigter Bauteile.
Es mangele allerdings auf breiter Front noch weitgehend an konstruktiv-technologischem Expertenwissen. Das Denken in Funktionen ist nach Ansicht von Christian Seidel vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und
Umformtechnik IWU hierbei die Grundvoraussetzung für den wirtschaftlichen Serieneinsatz des Additive Manufacturing.
Das Forschungsfeld der additiv-generativ gefertigten Bauteile ist sehr breit und umfasst derzeit die gesamte Wertschöpfungskette von der Prozess- und Anlagentechnologie über die Werkstoffe bis hin zu neuartigen Geschäftsmodellen. "Die Vielzahl an Themen und Schnittmengen mit klassischen Faserverbundthemen ist beeindruckend", sagte Marco Zichner, Geschäftsführer der Leichtbau-Systemtechnologien Korropol GmbH
und Arbeitsgruppenleiter. "Wir sehen heute sehr klar erhebliche Potenziale für die Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe. Beispielgebend seien hier generativ gefertigte CFK-Strukturen, wie sie die Kollegen vom Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden erstmals aufgezeigt haben, oder belastungsgerechte Inserts zu nennen", hieß es.
Vor diesem Hintergrund wird der CC Ost die Aktivitäten künftig in einer eigenständigen Arbeitsgruppe "Additive Fertigung" bündeln und fokussieren. Schwerpunkt wird neben der Technologieentwicklung zur additiven Fertigung
lastpfadgerechter Faserverbundstrukturen auch der werkstoffübergreifende Ansatz sein. In Zukunft soll so der dreidimensionale additive Aufbau beispielsweise von Strukturen in Faserverbund-Metall-Mischbauweise möglich werden. Eine besondere Herausforderung stelle dabei die gezielte Einstellung der Bauteileigenschaften
dar, um letztendlich den Übergang von der Prototypen- zur Serienfertigung sicherzustellen.