Prof. Udo Jung (Mitte) diskutiert mit den Wissenschaftlichen Mitarbeitern Otto Hemmelmann (links) und Björn Geyer den Entwurf eines Bauteils. Das Metall-Laserstrahlschmelzen ist ein relativ neues Fertigungsverfahren. In einem Forschungsprojekt an der TH Mittelhessen in Friedberg untersucht Prof. Dr. Udo Jung, welche Möglichkeiten es bietet, Erkenntnisse aus der Bionik im Leichtbau einzusetzen. Partner des Hochschullehrers vom Kompetenzzentrum für Automotive, Moblilität und Materialforschung sind FKM Sintertechnik aus Biedenkopf und der Automobilzulieferer Woco aus Bad Soden-Salmünster. Das Land Hessen fördert das Vorhaben mit gut 300.000 Euro.

Die Bionik versucht, Verfahren, Konstruktions- und Entwicklungsprinzipien der Natur in technische Anwendungen umzusetzen. Bekannte Beispiele sind Klettverschluss, Schwimmflossen oder technische Strömungskörper, die widerstandsarme Körperformen von Fischen zum Vorbild haben.

Konventionelle Fertigungsverfahren erlauben oft nicht, Bauteile mit besonderen Formen herzustellen. Diese Restriktionen fallen beim Metall-Laserstrahlschmelzen großenteils weg. Mit dieser Technik wird ein Produkt schichtweise aufgebaut. Ein von einem CAD-Datensatz gesteuerter Laserstrahl verschmilzt bei Temperaturen von mehreren hundert Grad sehr dünne Pulverschichten. Die Bearbeitung erfolgt Schicht für Schicht in vertikaler Richtung. Diese additive Fertigung hat gegenüber konventionellen Verfahren verschiedene Vorteile. Beschränkungen klassischer Produktion, die zum Beispiel bei Gussteilen Hohlräume oder Hinterschneidungen vermeiden muss, fallen weg.

Die additive Fertigung mittels Metall-Laserstrahlschmelzen erlaubt die Herstellung von Bauteilen mit sehr filigranen Strukturen, die mit herkömmlichen Verfahren nicht möglich ist.„Additive Fertigungsverfahren für metallische Werkstoffe ermöglichen deshalb eine hohe Gestaltungsfreiheit in der Konstruktion hochbeanspruchter Bauteile. Mit unserem Projekt verfolgen wir das Ziel, Bionik und additive Fertigung für den Leichtbau zu nutzen. Wir werden zwei Prozesse erarbeiten: ein rechnergestütztes Verfahren zur Auffindung von optimalen Strukturen mit Hilfe der Bionik und einen Herstellungsprozess für additiv gefertigte Bauteile mit hoher Oberflächenqualität ohne Nachbearbeitung“, sagt Udo Jung.

Beispielhaft wollen die Wissenschaftler einen neuartigen Wastegate-Steller herstellen. Das ist ein Bauteil, das in einem Abgasturbolader den Ladedruck regelt und hohen Belastungen ausgesetzt ist. Der elektrohydraulisch betriebene Wastegate-Steller soll unter anderem leistungsfähiger und leichter sein als der herkömmliche elektromechanische und nur halb so viel Energie verbrauchen. Die Projektpartner erwarten für das neue Produkt Absatzzahlen von einer Million Stück im Jahr 2020 und zwei Millionen im Jahr 2025.

Das Forschungsvorhaben läuft zwei Jahre und hat ein Gesamtvolumen von 420.000 Euro. Es wird im Rahmen der hessischen „Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz“ (Loewe) unterstützt.