Leichtbau

© Fraunhofer ILT, Aachen.

Die Additive Fertigung ist eine Schlüsseltechnologie für die Herstellung von Leichtbaukomponenten und -strukturen. Mit Laser Powder Bed Fusion (LPBF) beispielsweise lassen sich komplexe Funktionsbauteile ressourceneffizient und wirtschaftlich herstellen und Leichtbaupotenziale durch Topologieoptimierung realisieren. Unter den additiven Verfahren hebt sich das Laserauftragschweißen (Laser Material Deposition, LMD) aufgrund seiner vielseitigen Anwendbarkeit auf Freiformoberflächen ab. Somit kann LMD flexibel als Reparatur- und Beschichtungsverfahren sowie zur gezielten Individualisierung und Funktionalisierung vorgefertigter Basisbauteile angewendet werden.

Die Verarbeitung von Aluminiumlegierungen mit laserbasierten Verfahren ist insbesondere aufgrund des geringen Absorptionsgrads und der hohen Wärmeleitfähigkeit herausfordernd. Damit kommt der werkstoffspezifischen Anpassung der LMD-Prozessführung eine entscheidende Rolle zu, um Leichtbauanwendungen mit Aluminiumwerkstoffen zu erschließen.

Auch die umfassende Erfahrung in der Laserbearbeitung von Faserverbundbauteilen sowie mit laserbasierten Fügeverfahren von Leichtbau-Komponenten aus verschiedenen Werkstoffen machen das Fraunhofer ILT zu einem erfolgreichen Partner im Bereich Luft- und Raumfahrt.

Laserdurchstrahl-Schweißen

Mit Laserdurchstrahlschweißen lassen sich komplexe Faserverbundbauteile aus mehreren Einzelelementen herstellen. Ein entscheidender Vorteil liegt darin, dass die benötigte Energie direkt in der Kontaktzone der zu fügenden Bauteile abgelagert wird, wodurch das Bauteil ansonsten unbeeinflusst bleibt. Damit entfallen aufwändige Fügeteilvorbereitungen sowie lange Aushärtezeiten. Dadurch kann das Verfahren nahtlos in den Fertigungsfluss integriert werden, was zu erheblichen Zeit- und Kosteneinsparungen führt.

Darüber hinaus ermöglicht eine optimierte optische Anpassung der Strahlungspropagation das Fügen von Werkstoffen mit hohem Fasergehalt, während gleichzeitig die Anforderungen an robuste Prozesse in der Serienfertigung erfüllt werden.

LMD mit Aluminiumlegierungen

Pulverbasiertes LMD ermöglicht es, Strukturelemente wie Spuren, Schichtungen und Volumenkörper aus Aluminiumlegierungen herzustellen mit den Hauptlegierungselementen Silizium, Magnesium und Zink. Die Forschenden am Fraunhofer ILT untersuchen Prozessregime, die sich hinsichtlich der wesentlichen Verfahrensparameter wie Vorschubgeschwindigkeit und Auftragrate über Größenordnungen erstrecken. Mit der Weiterentwicklung der Prozessführung lassen sich mittlerweile neuartige Leichtbauanwendungen mit Aluminium umsetzen.

Kunststoff-Metall-Verbindungen für die Luft- und Raumfahrt

Häufig bestehen Leichtbau-Komponenten aus verschiedenen Werkstoffen, um deren spezifische Eigenschaften optimal auszunutzen. Forschende des Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT haben unterschiedliche laserbasierte Fügeverfahren entwickelt, mit denen sich langzeitstabile Kunststoff-Metall-Verbindungen für die Luft- und Raumfahrt realisieren lassen. In mehreren Projekten haben die Laser-Experten artungleiche Werkstoffkombinationen zuverlässig und schnell verbunden und die Fügetechniken in der Anwendung demonstriert.

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