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3D-Druck mit Metall: Dieses Bauteil ist in drei Stunden "gedruckt" © AIT/LKR/Lang
3D-Druck mit Metall: Dieses Bauteil ist in drei Stunden "gedruckt" © AIT/LKR/Lang

Kooperationsmeldung

Leichtmetallforschung: Wenn jedes Gramm zählt

29.04.2019

Diese Meldung ist Teil der Reportage-Reihe "APA-Science zu Besuch ..."

In Leichtmetallen für den Fahrzeugbereich steckt viel Potenzial: Je geringer das Eigengewicht, desto geringer der Energieaufwand für die Fortbewegung. Wie sich Gewicht reduzieren lässt und eine möglichst ressourcenschonende Produktion erreicht werden kann, damit beschäftigen sich die rund 45 Forscherinnen und Forscher am LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen in Oberösterreich. APA-Science war für einen Lokalaugenschein vor Ort.

"Wir konzentrieren uns hauptsächlich auf die Entwicklung und Verarbeitung von Leichtmetalllegierungen auf Aluminium- und Magnesiumbasis", erklärte Geschäftsführer Christian Chimani. Weitere Schwerpunkte liegen in den Bereichen Casting und Forming, also den Gießprozessen und den Umformungsschritten nach der flüssigen Phase. Entwickelt wurde etwa die bahnbrechende KryoAlu-Technologie, mit der Aluminium so leicht umformbar wurde wie Stahl. Führend ist das LKR auch bei der Herstellung von brandbeständigen Magnesium-Legierungen. Das sehr leicht entflammbare Magnesium war für viele Anwendungen bisher nicht geeignet. "Dank unserer Legierung ist es möglich, das Material etwa bei Flugzeugsitzen zu verwenden und damit ihr Gewicht um ein Drittel zu reduzieren." In manchen Bauteilen komme sie bereits zur Anwendung, erzählt Chimani.

Auch im Bereich Medizinprodukte hat das LKR Erfahrung: Für am AIT Center for Health & Bioresources entwickelte Stents, die sich im Körper nach einer bestimmten Zeit von selber abbauen sollen, tüftelten die Forscher an einer Magnesiumlegierung mit den passenden Eigenschaften.

3D-Druck mit Metallen

Vorne mit dabei ist das LKR auch beim drahtbasierten Additive Manufacturing (WAAM), sprich beim 3D-Druck mit Metallen. Dafür entwickelt das Forschungszentrum modifizierte Aluminium- und Magnesiumdrähte, die zu einem Bolzen gegossen und in der hauseigenen Drahtfertigungsroute zu Schweißdrähten gepresst und aufgespult werden können. Ein Schweißroboter verschweißt diese Sonderdrähte dann direkt zu einem Bauteil. "Wir überlegen uns: Wie können wir gute Materialeigenschaften produzieren? Und das in möglichst wenigen Schritten, um kosten- und ressourcensparend zu arbeiten", so der Geschäftsführer. Denn für das schweißtechnische Zusammenfügen von Leichtmetall- und Leichtbauteilen werden spezielle Schweißdrähte benötigt.

Mittlerweile stelle man diese auch für Kunden als Alternative zur Pulvertechnologie her. Der 3D-Druck bringt laut dem Fachmann einen Riesenvorteil für die Industrieforschung: Anstatt für vielleicht komplizierte Geometrien teure Gussformen zu entwickeln, lassen sich schnell und kostengünstig Prototypen für Forschungsprojekte herstellen. Ein Bauteil mit vorgegebener Passung für das Lager (für ein Getriebegehäuse, siehe Bild) ist in drei Stunden gedruckt. "Wir haben ausgerechnet, dass man rund 280 Stück drucken lassen könnte, bis man die Kosten für die Entwicklung und Herstellung einer Gussform erreicht", erzählt AIT-Research Engineer Martin Schnall, der nach seinem Studium der Werkstoffwissenschaften noch eine Schweißer-Ausbildung machte und für seine Besucher den Schweißroboter stolz in Aktion präsentiert. Kleine Einschränkung: Bauteile können erst ab einer bestimmten Größe hergestellt werden, also im Nanobereich spielt sich nichts ab.

Im Herbst wird Jubiläum gefeiert

Als Tochter des AIT Austrian Institute of Technology gehört das LKR zum AIT-Center for Low-Emission Transport, das ebenfalls unter der Leitung von Chimani steht. Das LKR selbst ist aus einer Forschungsgruppe der AMAG Austria Metall AG hervorgegangen, auf deren Gelände man bis heute untergebracht ist. Im September wird das 25-jährige Firmenjubiläum gefeiert. Die Kunden stammen hauptsächlich aus der (Zuliefer-) Industrie im Automotive-Bereich, von kleinen bis zu großen Playern wie Magna. Aber auch Gießereien oder Schmieden werden bedient.

Zwei Drittel der Arbeit ist am LKR der Auftragsforschung vorbehalten, ein Drittel (35 Prozent) nimmt die Grundlagenforschung ein. Und Chimani weist auf einen Aspekt hin, der oft unterschätzt wird: "Forschung findet zu 50 Prozent vor dem Computer statt."

Simulation als Teil der Forschung

Eine nicht mehr wegzudenkende Rolle spielen in der Forschungsarbeit Simulationen, auch am LKR. Sie werden parallel zur Werkstoffentwicklung sowie zur Entwicklung von Prozessen und Bauteilen eingesetzt. Im Zuge der Werkstoffcharakterisierung gilt es dann etwa zu überprüfen, ob die errechneten Eigenschaften auch erreicht wurden. "Hier gibt es mitunter doch deutlichen Nachbesserungsbedarf", räumte Chimani ein, der selbst Werkstoffwissenschaften an der Montanuniversität Leoben studierte und an der TU Wien in Maschinenbau promovierte.

Mit einer Reihe von Universitäten bestehen Forschungskooperationen. "In Österreich arbeiten wir mit den technischen Universitäten in Wien und Graz, natürlich mit der Montanuniversität Leoben, oder im Bereich der Simulation viel mit der Johannes Kepler Universität Linz zusammen, aber auch mit Fachhochschulen wie der FH Hagenberg", erzählt er. Darüber hinaus gibt es beispielsweise in Deutschland gemeinsame Projekte mit der TU München, der TU Freiburg oder auch der Fachhochschule Landshut. Mit der ETH Zürich wird an Magnesiumlegierungen mit besonders guten Verarbeitungseigenschaften für Umformprozesse geforscht, und in einem Projekt mit der australischen University of Wollongong beschäftigte sich das LKR zuletzt mit schnell extrudierbaren Magnesiumlegierungen.

Internationales Recruiting

Rund zehn Prozent des Forschungsteams, darunter Werkstoffwissenschafter, Maschinenbauer, Metallurgen, aber auch Physiker oder Prozesstechniker, sind Frauen. Rekrutiert wird international, anders ginge es gar nicht mehr. "Das Innviertel ist seit zwei Jahren eine absolute Boom-Region. Viele Unternehmen in der Region suchen Fachkräfte", betont Chimani. Als Praktikanten werden gern HTL-Schüler aufgenommen - "um ihnen zu zeigen, was sie hier bei uns nach der Uni machen könnten und um ihr Interesse zu wecken" - aber auch Lehrberufe wie Werkzeugmacher oder Gießer benötigt das Unternehmen.

Von Sylvia Maier-Kubala / APA-Science

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