Werkstoffeigenschaften sind im Wesentlichen prozessinduziert und die wissenschaftliche Durchdringung des Einflusses von Prozessparametern auf die Materialeigenschaften ein wichtiger Aspekt zur Aufkl?rung von Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehung. Für diesen übergeordneten Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt am Institutsteil STAS werden in der Arbeitsgruppe ?Prozesse“ die hybriden Verbundwerkstoff und Werkstoffverbunde mit Hilfe innovativer Prozesse hergestellt und diese mittels angepasster Sensorik online überwacht. Die im Vergleich h?heren Werkstoffkosten von hybriden Werkstoffen erfordern weiterhin auch neue, effiziente Herstellprozesse, die das Werkstoffpotenzial bestm?glich erschlie?en.

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Für eine Weiterentwicklung und Kombination unterschiedlicher Werkstoffklassen arbeitet die Arbeitsgruppe an der Entwicklung von neuen Fertigungsrouten für die Herstellung von hybriden Werkstoffen, d.h. polymer-/metall-/keramikbasierten Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Umsetzung von Prozessen, die eine in-situ-Hybridisierung erlauben – so entfallen nachlaufende Fügeoperationen. Um solche Routen zu realisieren, muss dem angepassten Grenzfl?chendesign (realisiert z.B. durch Laserstrukturierung) besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden: So kann einerseits eine optimale Haftung zwischen den Hybridpartnern erzielt werden und umgekehrt im Sinne der Nachhaltigkeit auch die Entfertigung des Hybrids am Ende der Lebensdauer – beispielsweise über ?schaltbare“ Grenzfl?chen – erm?glicht werden.

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Die Prozesse selbst hingegen sollen serien- und recyclingf?hig sein, weshalb vor allem der duromer- und der thermoplastbasierte Spritzguss Basis für die Forschungsaktivit?ten sind – gleichzeitig ist hier eine Kombination mit generativen Fertigungsverfahren im Bereich des Preformings oder mit metallischen Einlegeteilen denkbar, was zu einer weiteren Optimierung der Werkstoffausnutzung führt und in gro?er Prozessvielfalt an der Hybriden Spritzgusszelle mit Kunstoff- und metallverarbeitenden Seite, einem Infrarotofen, vollst?ndiger Automatisierung durch zwei Roboterarme, sowie durch Mehrkomponentenspritzguss und Schaumspritzguss auf der Kunststoffseite umgesetzt werden kann. Nicht zuletzt erlauben diese Prozesse auch die Rückführung von Sekund?rrohstoffen in das Endprodukt und damit teilweise eine Kreislaufführung der Werkstoffe, womit sich die Arbeitsgruppe mittels Schreddern und Extrusion in Batchgr??e annimmt. In diesem Zusammenhang kooperiert die Arbeitsgruppe eng mit anderen Lehrstühlen des MRM und auch mit au?eruniversit?ren Forschungseinrichtungen.

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Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die Generierung von Durchdringungswerkstoffen, z.B. mittels Gasdruckinfiltration und durch metallischen Druckguss. Eine Gasdruckinfiltrationsanlage ist hierfür an unserem Lehrstuhl aufgebaut und in Betrieb genommen worden (siehe Bild rechts). Bei bis zu 800 °C und 80 bar Druck k?nnen zuvor evakuierte Hohlstrukturen, wie z.B. hochpor?se Keramiksch?ume, infiltriert werden. Dadurch entf?llt für diese Materialklasse der Durchdringungsverbunde die klassische Einteilung in Matrix und Verst?rkung, da sich die beteiligten Werkstoffe gegenseitig vollst?ndig durchdringen.

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Hier liegt im Moment der Fokus noch auf metallbasierten Systemen, aber auch hier bieten die angesprochenen Kunststoffverarbeitungsverfahren gro?es Potenzial.

Durch den metallischen Druckguss in der ENGEL Victory XY lassen sich induktiv schmelzbare Legierungen bis ca. 1000 °C zudem unter Vakuum und hohen Abkühlraten verarbeiten, sodass auch amorphe Metalle hergestellt und als Durchdringungsphase in hochschmelzende, offenporige Systeme eingebracht werden k?nnen

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Die additive Fertigung rundet die Palette an Prozessvielfalt der Arbeitsgruppe ab und bildet eine wichtige Schnittstelle zu den keramischen und metallischen Durchdringungsverbunden, sowie in gro?er Formfreiheit hergestellten offenporigen Systemen für die anschlie?ende Infiltration,? sowie die M?glichkeit, Konstruktions- und Funktionswerkstoffe zu vereinen und in hybriden Werkstoffen neben der strukturellen Komponente zum Einsatz zu bringen. Aber auch die Erweiterung der Produktpalette von polymerbasierten Werkstoffen, das Einbringen funktionalisierter Schichten, aber auch die Umsetzbarkeit von Selbstheilungsmechanismen erg?nzt das Feld der Hybriden Werkstoffe durch den ?Fused Deposition Modeling“-3D-Druck

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