Sie wollen die wissenschaftliche Grundlage legen für Technologien zur Herstellung hybrider poröser Werkstoffe, die in Maschinenbau und Mobilitätsanwendungen zum Einsatz kommen können: die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Sonderforschungsbereichs/Transregio 375 „Multifunctional High-Performance Components made of hybrid porous materials (HyPo)“.
Beteiligt sind sechs Institute der Fakultät für Maschinenbau der Leibniz Universität Hannover (LUH) sowie die TIB Leibniz-Informationszentrum Technik und Naturwissenschaften und Universitätsbibliothek. Die Sprecherschaft liegt an der Rheinland-Pfälzisch Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU). HyPo wird ab 1. April 2024 bis Ende 2027 mit rund zwölf Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Etwa ein Drittel davon geht an die LUH.
Das übergeordnete wissenschaftliche Ziel des Sonderforschungsbereichs/Transregio ist es, multifunktionale Hochleistungsbauteile aus einer neuen Materialklasse zu etablieren: die hybriden porösen (HyPo-) Materialien. Durch die Kombination verschiedenartiger Materialien sollen Bauteile hergestellt werden, die eine lokal variierende Dichte und zudem spezielle funktionale Eigenschaften aufweisen, zum Beispiel in das Bauteil integrierte Sensorik. Aufgrund der hohen technischen Relevanz und der guten Recyclingfähigkeit konzentrieren sich die Forschenden auf metallische Werkstoffe.
Durch eine lokale Variation der Dichte sollen HyPo-Bauteile eine deutliche Gewichtsreduzierung in niedrig beanspruchten Bereichen erreichen. Das würde zu einer gesteigerten Effizienz insbesondere bei dynamischer Beanspruchung führen und gleichzeitig Ressourcen schonen. Der hybride Werkstoffansatz bietet weitere Vorteile, indem er die gezielte Einstellung von materialspezifischen Eigenschaften ermöglicht.
Bisher nicht Mögliches möglich machen
Prof. Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier, Direktor des Instituts für Werkstoffkunde am Produktionstechnischen Zentrum Hannover, wird Standortsprecher des Sonderforschungsbereichs/Transregio an der LUH sein. Er erklärt die Herausforderung: „Die verlässliche Erzeugung von porösen Bauteilbereichen mit einer räumlichen Dichtegradierung in Kombination mit gezielt eingestellten funktionellen Eigenschaften ist bisher nicht möglich.“ Für die Nutzung dieser neuen Bauteile in der Praxis sei es zudem erforderlich, dass deren Eigenschaften zuverlässig vorhergesagt werden können. Daher entwickeln die beteiligten Forschenden auch Berechnungs- und Auslegungsverfahren, die an diese neue Materialklasse angepasst sind.
In der ersten, jetzt bewilligten Förderperiode werden sich die rund 55 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus verschiedenen Fachdisziplinen grundlegenden Fragestellungen widmen. Dr.-Ing. Florian Nürnberger, Oberingenieur am Institut für Werkstoffkunde und Antragsteller, erläutert: „Wir beginnen an der LUH zunächst damit, Probenkörper mit gradierter Porosität mittels des Wire Arc Additive Manufacturing – kurz WAAM – herzustellen.
Also mit der Fragestellung: Wie können wir gezielt Porosität definierter Größe mit einer Gradierung entlang der Aufbaurichtung dieses additiven Produktionsverfahrens, zum Beispiel mit aufschäumbaren Drahtmaterialien, einstellen?“ Neben dem grundsätzlichen Verständnis der Porenerzeugung ist dabei die Entwicklung von neuartigen Sensoren sowie Mess- und Regelungsstrategien erforderlich. Außerdem will das Team Grundlagen schaffen zur Berechnung der mechanischen und funktionellen Eigenschaften solcher nicht homogener Werkstoffe.
Eine große und großartige Herausforderung
Die Einrichtung eines neuen Sonderforschungsbereichs/Transregios ist eine hohe Auszeichnung für die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und bietet ihnen die Möglichkeit, ein neues und besonders erfolgversprechendes Forschungsfeld zu erschließen. Professor Maier freut sich über die Anerkennung durch die DFG: „Wir werden in den Teams der RPTU und der LUH die Entwicklung einer neuartigen Materialklasse in den Blick nehmen – vom grundlegenden Konzept bis hin zur technologischen Realisierung. Das ist eine großartige, aber auch große Herausforderung, die wir sehr gerne annehmen.“
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