Experimentelle und numerische Untersuchungen zu lokal aufschäumbaren Strangpressprofilen für die additive Fertigung von hybriden Funktionsstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Klaus Dröder; Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442092412

Hybride Funktionsstrukturen aus verschiedenen Materialien wie Metall, Kunststoff und Verstärkungsfasern ermöglichen ressourceneffiziente und nachhaltige Lösungen für die Herstellung funktionsgerechter, gewichtsoptimierter Bauteile. Die Untersuchungen zur Herstellung hybrider Funktionsstrukturen aus Aluminiumschaum und dem Polymer ABS zeigen, dass die resultierenden Verbundfestigkeiten im Vergleich zu ähnlichen Materialpaarungen ein grundsätzliches Potenzial für eine feste hybride Verbindung aufweisen. Die verwendeten Simulationen und volumetrischen Analysen haben zum Verständnis der Versagensmechanismen des Hybrid-Verbundes und dem Infiltrationsverhalten durch das additiv aufgetragene Polymer beigetragen. Das Herauslösen des Polymers aus den Poren unter Last und die eingeschränkte Füllbarkeit der Poren bedingt durch Lufteinschlüsse sind aktuell Hemmnisse, die durch eine Anpassung des Metallschaums sowie des Polymers reduziert bzw. aufgehoben werden müssen. Bisher trägt nur ein geringer Prozentsatz der geöffneten Poren an der Oberfläche zur tatsächlichen Verbundfestigkeit bei. Durchbrüche in den Stegen zwischen den einzelnen Poren können eine Möglichkeit zur tieferen Infiltration schaffen und erhöhen die Anzahl an Hinterschnitten für einen verbesserten Verklammerungseffekt. Ferner dienen sie der Evakuierung der Luft beim Auftragen des Polymers. Zusätzlich kann eine Versteifung des Polymers durch Kurzfasern die Zugfestigkeit und die Gesamtsteifigkeit erhöhen. Hierzu ist es notwendig, dass das verstärkte Polymer in die in Poren gelangt, was mit Hilfe von einer Prozesssimulation und entsprechender Analytik anhand von experimentellen Versuchsreihen systematisch untersucht werden soll. Der Einsatz von Aluminiumspänen ermöglicht eine gleichzeitige Einsparung von Energie und Ressourcen in der gesamten Prozesskette, da dadurch die aufwendige und energieintensive Herstellung von Metallpulver entfällt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen