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 von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442092412

Das Ziel des beantragten Projekts ist die Herstellung von hybriden, teilindividualisierten Funktionsstrukturen aus stranggepressten Aluminiumprofilen und additiv gefertigten Kunststoffen. Eine bislang ungelöste zentrale Herausforderung liegt dabei in der hochwertigen Verbindung der unterschiedlichen Materialklassen Metall und Polymer zu einer werkstoffhybriden Funktionsstruktur. Der in diesem Projekt zu entwickelnde Prozessansatz sieht daher vor, die Oberfläche des Strangpressprofils lokal aufzuschäumen, um anbindungsfähige Hinterschnitte zu erzeugen. Die sich dabei einstellende offenporige Schaumstruktur in der Randzone des Strangpressprofils dient in einem nachfolgenden Prozessschritt als geometrische Verklammerungsstruktur für die mechanische Anbindung des additiv aufgetragenen Polymerwerkstoffs. Die erzeugten Hinterschnitte in Kombination mit der Vergrößerung der Oberfläche ermöglichen dem extrudierten Kunststoff optimale Bedingungen für eine formschlüssige Verbindung und eignen sich somit sehr gut zur Herstellung der additiv aufgetragenen Funktionsstruktur. Das Prozessverständnis zur reproduzierbaren Erzeugung solcher hybriden Funktionsstrukturen soll durch die numerische und experimentelle Modellierung der Haupteinflussgrößen auf die Verbindungsfestigkeit erarbeitet werden. Hierzu gehört neben den Parametern der Kunststoffextrusion vor allem eine gezielte Einstellung der oberflächennahen Porenstruktur durch die Anpassung des Aufschäumverhaltens der stranggepressten Aluminiumlegierung. Geeignete Porengeometrien und -verteilungen sollen zunächst am Rechner ausgelegt werden und im Anschluss experimentell durch eine Modifikation der Aluminiumlegierung sowie die Entwicklung der Strangpressparameter umgesetzt werden. Eine Validierung der numerischen Untersuchungen erfolgt u.a. durch tomographische Messungen der Porenstruktur im Röntgenmikroskop. Die Verbundeigenschaften werden darüber hinaus anhand von metallographischen und mechanischen Untersuchungen bewertet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen