Inkrementelle Blechumformung von maßgeschneiderten Hybrid-Metall/Polymer/Metall-Sandwichverbundwerkstoffen für technische und biomedizinische Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Johannes Buhl, seit 1/2024
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464798082

Metall/Polymer/Metall-Sandwich-Verbundwerkstoffe (MPM) haben aufgrund ihres Leichtbaupotenzials und verbesserter mechanischer Eigenschaften ihr Anwendungspotenzial in der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie. Darüber hinaus ist ihre Anwendung in biomedizinischen Bereichen vielversprechend dank der individuellen Anpassbarkeit ihrer mechanischen Eigenschaf-ten, die die Komfort-Kriterien beim (teilweisen) Ersatz menschlicher Knochen - z.B. bei der Schädelrekonstruktion - verbessern. Außerdem sind mit MPM maßgeschneiderte akustische, thermische und elektrische Eigenschaften möglich. Daher ist es das zentrale Anliegen des Projekts, dem Bedarf angepasste Teile solcher Sandwichbleche herzustellen. Die inkrementelle Blechumformung (IBU), mit der komplexe 3D-Teile aus blechförmigen Strukturen individuell und kostengünstig hergestellt werden können, stellt hohe Ansprüche an die Herstellung fehlerfreier, geometrisch stabiler Teile aus MPM. Hier fehlen grundlegende Kenntnisse zur Definition der Arbeitsfelder. Die Untersuchung ist in zwei Phasen unterteilt.In 1. Phase ist ein grundlegendes Verständnis des Umformverhaltens und der Versagensmechanismen von umformbaren MPM-Blechen bei Raumtemperatur unter Berücksichtigung verschiedener Stahlwerkstoffe, geometrischer und ISF-Prozessbedingungen durch Experimente vorgesehen, die gleichzeitig zur Modellierung und FEM-Simulation verwendet werden. Als Ergebnis wird ein Prozessfenster für die IBU von MPM-Blechen und ein robustes Modell unter Verwendung einer Strategie gegeben, die auf einem Scaling-up-Simulations- und Validierungsansatz basiert, ausgehend von den Monowerkstoffen, ihren Grenzflächen und schließlich den geformten Komponenten. Zu diesem Zweck muss eine entsprechende Materialcharakterisierung vorgenommen werden.In Phase 2 werden die Ergebnisse der Phase 1 auf biokompatible MPM übertragen, deren Kernmaterialien wie PEEK oder PMMA bei Raumtemperatur nur bedingt duktil sind. Nach aktuellem Stand sind die Bindungsqualität und die Größe der produzierbaren Bleche noch eine die Umformbarkeit begrenzende Herausforderung. Eine Lösung könnte z.B. das wärmeunterstützte ISF bieten. Darüber hinaus soll der Einfluss der IBU-Bedingungen auf die Eigenspannungsausbildung und ein daraus resultierendes frühzeitiges Versagen analysiert werden und simulativ Berücksichtigung finden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragsteller: Dr.-Ing. Mohamed Harhash, bis 5/2023; Professor Dr.-Ing. Heinz Palkowski, von 5/2023 bis 1/2024