Materialien und Bauteile für Medizintechnik und Mobilität
Im Kontext der Elektromobilität gewinnt das Thema Leichtbau weiter an Bedeutung. Um diesem Trend gerecht zu werden, müssen sowohl die verwendeten Materialien und Bauteile als auch die zum Einsatz kommenden Herstellungsprozesse weiterentwickelt und neue Lösungsansätze kreiert werden. Eine innovative Technologie zur Beherrschung dieser Herausforderungen ist die am PtU entwickelte Stegblechumformung. Hierbei wird in einer neuartigen Prozesskette ein ebenes Blech mittels Laserschweißen mit versteifenden Stegen versehen und anschließend in die gewünschte Geometrie umgeformt, was enorme Potentiale zur Steifigkeitssteigerung im Karosseriebau bietet. Aktuelle Forschungsvorhaben arbeiten an der Nutzbarmachung der Stegblechbauweise zur Anpassung der Produkteigenschaften analog zu Tailored Blanks. Hierbei soll die gegebene Flexibilität in der Gestaltung von Prozess und Produkt dazu genutzt werden, maßgeschneidert Produktparameter wie beispielsweise ein bestimmtes Crash- oder Schwingungsverhalten einzustellen.
Zur Erschließung von Leichtbaupotenzialen, die sich aus dem Einsatz von Werkstoffen mit optimierten mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften ergeben, sind geeignete Fügetechnologien unabdingbar, die es erlauben, Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften in Einklang zu bringen, ohne die Performanz der Gesamtstruktur durch die Fügestelle zu beeinflussen. Hierfür können Kollisionsschweißverfahren eingesetzt werden, mit denen hochfeste stoffschlüssige Verbindungen unterschiedlicher Metalllegierungen erzeugt werden können. Gegenstand aktueller Forschung ist es hierbei, Prozesse und Verbindungen robust auszulegen, um einer breiteren industriellen Anwendung, z. B. in automobilen Tragstrukturen, den Weg zu bereiten.
Ein wichtiger Faktor im Kampf gegen den Klimawandel sind leistungsstarke Permanentmagnete. Diese werden benötigt, um die Energieeffizienz elektrischer Antriebe zu erhöhen und gleichzeitig den Einsatz von seltenen Erden bei voranschreitender Elektrifizierung zu minimieren. Am PtU wird aktuell an Verfahren geforscht, die es ermöglichen, Materialien mit herausragenden permanentmagnetischen Eigenschaften umformtechnisch herzustellen. Durch starke plastische Deformationen mit hohen Scheranteilen kann ultrafeinkörniges Gefüge erzeugt werden, welches sich bei geeigneter Legierungszusammensetzung eignet, um Permanentmagnete bei reduziertem Einsatz seltener Erden zu herzustellen.
Ein vergleichbarer Ansatz zur Erzeugung nanostrukturierter Gefüge wird ebenfalls bei der Herstellung von ultrafeinkörnigen Titanlegierung verfolgt. Diese weisen nicht nur herausragende Eigenschaften bezüglich ihres mechanischen Verhaltens auf, sondern erlauben durch die gleichzeitig verbesserten biologischen Eigenschaften einen Einsatz in der Medizintechnik. Konkret ist es möglich, durch den Einsatz neuartiger Prozessrouten Materialien für Implantate und Osteosyntheseprodukte bereitzustellen, die im Vergleich zu bisher verwendeten Werkstoffen beispielsweise ein verbessertes Knochenzellenwachstum oder eine Reduktion der Bakterienbesiedelung bewirken.