In Osnabrück, wo die Geschichte der Industrie auf eine lange Tradition zurückblickt, wird derzeit ein spannendes Kapitel aufgeschlagen. Ein gemeinsames Forschungsprojekt der Hochschule Osnabrück, der RWTH Aachen und dem Industriepartner KME hat das Ziel, neuartige Kupferlegierungen zu entwickeln, die speziell für hohe Temperaturen in der Luft- und Raumfahrt sowie der Hochspannungstechnik geeignet sind. Was sich zunächst nach einer nerdigen Ingenieursaufgabe anhört, könnte sich als echter Gamechanger herausstellen!
Die Herausforderung ist nicht zu unterschätzen, denn Kupfer hat eine bemerkenswerte Wärmeleitfähigkeit und starke Reflektivität. Das macht die additive Verarbeitung – also den 3D-Druck – zu einer echten Herausforderung. Herkömmliche Anlagen nutzen rote Laser, aber diese werden von Kupfer zu 98 % reflektiert. Das Aufschmelzen des Materials wird dadurch ziemlich knifflig. Das Projekt mit dem klangvollen Namen Cu-VHCF widmet sich der Erforschung von Legierungen, die konventionell nicht einfach herzustellen sind, wie beispielsweise Kupfer-Chrom-Niob.
Innovative Ansätze in der 3D-Druck-Technologie
Die additive Fertigung eröffnet hier ganz neue Perspektiven. Sie ermöglicht die Verarbeitung dieser komplexen Legierungen, die außergewöhnliche mechanische und thermische Eigenschaften versprechen. Ein faszinierender Aspekt ist die hohe Abkühlgeschwindigkeit während der Pulverherstellung und des 3D-Drucks. Dadurch entstehen stabile Chrom-2-Niob-Partikel, die das Material fester machen. Diese Legierungen könnten sogar bei Temperaturen über 500 Grad Celsius eingesetzt werden, was die Kriecheigenschaften enorm verbessert.
Die RWTH Aachen ist in diesem Projekt dafür zuständig, die Phasenbildung bei bestimmten Legierungszusammensetzungen und Temperaturen zu simulieren. In Osnabrück hingegen kümmert man sich um die praktische Seite: Die Hochschule stellt Metallpulver her und fertigt Bauteile im 3D-Drucker. Das erklärte Ziel ist es, die Grundlagen für die industrielle Nutzung dieser Hochleistungs-Kupferlegierungen zu schaffen, zum Beispiel für Raketentriebwerke oder Hochspannungsleitungen. Die Nachfrage nach solchen Werkstoffen in der Industrie ist ungebrochen hoch. Allerdings stehen der Serienreife oft die aufwendige Herstellung und die Notwendigkeit spezieller Anlagen im Weg.
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt dieses spannende Projekt mit einem stolzen Betrag von 408.517 Euro über einen Zeitraum von drei Jahren. Zudem sind zwei kooperative Promotionen an den Standorten Osnabrück und Aachen verbunden, was die Forschung noch weiter antreibt.
Die Zukunft der additiven Fertigung
Aber das ist noch nicht alles. Die additive Fertigung an sich entwickelt sich rasend schnell weiter. Der Fokus liegt zunehmend auf größeren Komponenten, höheren Fertigungsgeschwindigkeiten und kostengünstigeren Verfahren. Das Fraunhofer IGCV forscht an verschiedenen vielversprechenden Technologien. Beispielsweise wird in hybriden Bauweisen gearbeitet, wo die additive Fertigung dort zum Einsatz kommt, wo sie einen echten Mehrwert bietet. Der Grundkörper wird mit einem günstigeren Verfahren hergestellt, während komplexe Teile mit hoher Positioniergenauigkeit aufgebracht werden.
Ein weiteres Beispiel ist das Hochdruck-Kaltgasspritzen, das die additive Fertigungstechnologie weiterentwickelt. Hier gibt es hohe Auftragsraten von bis zu 10 kg/h. Damit lassen sich Materialien kombinieren, die sonst schwer zu fügen sind. Projekte wie FASTMULT oder ACCURACY arbeiten an den Grundlagen dieser neuen Methoden. Zudem gibt es Liquid Metal Printing, ein neuartiges Verfahren, das die Produktionskosten und Fertigungszeiten für Aluminiumlegierungen drastisch senken könnte.
Es ist eine aufregende Zeit für die Wissenschaftler und Ingenieure – nicht nur in Osnabrück, sondern überall, wo innovative Technologien erforscht werden. Man kann nur gespannt sein, wohin die Reise führt und welche neuen Anwendungen sich aus diesen Entwicklungen ergeben. Die Zukunft hat viel zu bieten, und wir sind erst am Anfang dieser aufregenden Reise!