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Industrial Additive Manufacturing in North-Rhine Westphalia (IAMNRW-MATERIALS)

Das Projekt "IAMNRW–Materials" wird durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen gefördert. Das vorrangige Ziel dieses Projektes ist die Erforschung und Bereitstellung neuer, pulverförmiger Materialien für die "Additive Fertigung" um die wissenschaftliche und industrielle Innovation im Land NRW in diesem Bereich voranzutreiben.

Kunststofftechnik Paderborn
Lehrstuhl für Werkstoffkunde
Lehrstuhl Partikelverfahrenstechnik

Additive Fertigungsverfahren (AF) stellen eine neue innovative Technologie dar und werden gemeinhin unter dem Begriff 3D-Druck zusammengefasst, obwohl dieser Begriff lediglich einen kleinen Teil der bereits eingesetzten Verfahren korrekt beschreibt. AF umfassen all diejenigen Fertigungsverfahren, bei welchen Bauteile Stück für Stück aufgebaut werden und nicht wie bei konventionellen spanenden Verfahren durch das Abtragen von Material (z.B. Selektives Lasersintern / SLS, Selektives Laserschmelzen / SLM, Fused Deposition Modeling / FDM und viele andere). 

Die additiven Fertigungsverfahren stellen eine disruptive Technologie dar und werden auch als die „vierte industrielle Revolution“ bezeichnet. Das heißt, sie besitzen das Potential, die industrielle und wissenschaftliche Landschaft nachhaltig zu verändern. Neben der neuen gestalterischen Freiheit – Bauteile können sich viel mehr an der zu erzielenden Funktion orientieren und unterliegen nicht den Restriktionen konventioneller Fertigungsverfahren – entkoppeln die AF die Produktkosten von der Stückzahl und der Bauteilkomplexität, da beispielsweise keine kosten- und zeitaufwändigen Werkzeuge hergestellt werden müssen. Dies erlaubt eine rentable Kleinserienproduktion und kommt den heute häufig individualisierten Produkten zugute. Die AF bieten somit großes Innovationspotential für kleinere Unternehmen und Forschungsprojekte. In beiden Fällen sind Innovationen häufig an zwei grundlegende Anforderungen geknüpft:

1. Neue und kostengünstige gestalterische Möglichkeiten

2. Neue, funktionsgerechte und leichte Werkstoffgruppen 

Beispiele für additiv gefertigte Bauteile: a) Werkzeugeinsatz mit konturnahen Kühlkanälen,
b) Strukturbauteil eines Satelliten, c) Multi-Material-Prüfkörper, aufgebaut aus Bronze und Edelstahl (316L)

Trotz der großen Möglichkeiten dieser Technologien hat sich der industrielle Einsatz wegen der noch hohen Kosten und der eingeschränkten Materialverfügbarkeit - in rund 90% aller industriellen Anwendungen kommt derzeit Polyamid 12 (PA12) zum Einsatz - bisher primär auf die Luft- und Raumfahrt konzentriert. Der Einsatz neuer Werkstoffgruppen für das SLS oder SLM Verfahren kann in vielen kleineren Unternehmen in NRW sowie in verschiedenen Forschungsprojekten einen Innovationsschub auslösen, da die Materialien an sich Funktionen übernehmen können, die allein durch die freie Gestaltung nicht erreichbar wären. Das EFRE geförderte Forschungsprojekt iAMnrw - Materials beschäftigt sich daher mit der Bereitstellung neuer Materialien für den SLS und den SLM Prozess. Es unterteilt sich in die drei Teilprojekte, IAMNRW–K, IAMNRW–M und IAMNRW-UmBau.

1.„IAMNRW–K“ verfolgt das Ziel der Entwicklung innovativer und anwendungsangepasster Kunststoffe. Im Fokus dieses Vorhabens ist die ganzheitliche Betrachtung des Pulverherstellungsprozesses. Materialien umfassen z.B. flammgeschützte, temperaturfeste Polymere, Biopolymere oder funktionalisierte Materialien. Dies sind z.B. höherfeste, leitfähige oder magnetisierbare Werkstoffsysteme. Dieses Ziel wird durch den Aufbau zweier Produktionslinien erreicht: Dem kryogenen Mahlen sowie dem Verdüsen aus einer Lösung mit überkritischen Gasen (Particle from Saturated Gas Solution / PGSS). Entlang der gesamten Prozesskette können die Produkteigenschaften eingestellt und auf den anschließenden Fertigungsprozess zugeschnitten werden. Eine Qualifizierung der hergestellten Pulver findet durch Prozessierungs- und Bauteiltests mit entsprechender Parametrierung statt.

2.„IAMNRW–M“ verfolgt das Ziel der Entwicklung innovativer und anwendungsangepasster Legierungen für die additive Fertigung im Bereich der metallischen Werkstoffe. Diese sollen u.a. die Generierung von technologisch überlegenen Bauteilen (z.B. deutliche Effizienzsteigerung von Elektromotoren durch den Einatz von eisenbasierten Werkstoffen mit signifikant gesteigerten elektromagnetischen Eigenschaften) ermöglichen. Ein weiteres Beispiel dieser innovativen Legierungskonzepte und  neuen Werkstoffe ist die Entwicklung (bio-)resorbierbarer, eisenbasierter Implantatwerkstoffe, die mit konventionellen schmelzmetallurgischen Methoden nicht herstellbar sind, oder die Entwicklung funktional gradierter (hybrider) Multimaterialien.

3. Das Infrastrukturprojekt „IAMNRW-UmBau“ legt den Grundstein, um den Betrieb der Forschungsinfrastruktur in einem adäquaten baulichen Umfeld zu ermöglichen.

Die Universität der Informationsgesellschaft