GF und Inspire

Die derzeit eingesetzten Legierungen sind im Hinblick auf Nachhaltigkeit, Leistung und Preisgestaltung keine optimale Wahl für das Druckverfahren der additiven Fertigung.

Aus Nachhaltigkeitsgründen ist es notwendig, die additive Fertigung zu fördern, da diese Produktionsmethode ressourceneffizienter ist als vergleichbare Fertigungsverfahren - sie benötigt weniger Material aufgrund der geringeren Ausschussrate.

Daher entwickelt das Projektkonsortium A³-4AM eine neue hochfeste Aluminiumlegierung für die additive Fertigung. Das Projekt ist eine Schweizer Kooperation zwischen dem Technologieteam von GF Casting Solutions in Schaffhausen, dem GF AMotion Center in Stabio und einem Forschungsteam von Inspire, dem führenden nationalen Kompetenzzentrum für den Technologietransfer in der Maschinen-, Elektro- und Metallindustrie (MEM).

Das Projekt A³-4AM startete im März 2021 und soll Ende 2023 abgeschlossen werden. Die entwickelte Legierung zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit aus, obwohl sie keine Edel- oder Seltenerdmetalle enthält. Dadurch ist die Beschaffung unkritisch und die Nachhaltigkeit wird gefördert. Die Legierung wird preislich mit den derzeit verwendeten Legierungen vergleichbar sein und dennoch die hohen Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie erfüllen. Sie muss ein extrem geringes Gewicht aber gleichzeitige Stabilität erfüllen. Die neue Legierung wird letztlich als Strukturbauteil in Flugzeugen Verwendung finden.

Eine Aluminiumlegierung für die additive Fertigung kann man als die Tinte des industriellen 3D-Druckers bezeichnen. Allerdings handelt es sich in diesem Fall nicht um eine Flüssigkeit, sondern um ein Pulver. Um ein Metallteil zu drucken, schmilzt ein Laser dieses Pulver selektiv und formt Schicht für Schicht die gewünschte Form.

Die hohe Festigkeit der additiv gefertigten Legierung ist im Vergleich zu anderen Legierungen von Vorteil, da weniger Material benötigt wird, um die gleiche Leistung des Bauteils zu erreichen.

"Auf diese Weise ist es möglich, hochkomplexe Formen zu schaffen, die gleichzeitig leicht und extrem stabil sind", sagt Sebastian Wierschke, Technical Expert Additive Manufacturing bei GF Casting Solutions, der das Projekt betreut.

Im AMotion Center in Stabio arbeitet GF mit den neuesten additiven Fertigungstechnologien und Maschinen von GF Machining Solutions, um hochkomplexe Bauteile herzustellen.

Sebastian und die Kollegen in Stabio besprechen regelmässig die Fortschritte und die nächsten Entwicklungsschleifen mit Inspire. Bislang sieht die Forschung vielversprechend aus. Unabhängig vom Endergebnis profitiert Sebastian schon jetzt von der Zusammenarbeit: "Ich gewinne durch die Partnerschaft viele neue Erkenntnisse, die ich in anderen Bereichen meiner Arbeit anwenden kann."

Sebastian erklärt, dass Vertrauen bei diesem Projekt eine große Rolle spielt, da das GF-Team sensible Informationen mit Inspire teilt. "Ohne gegenseitiges Vertrauen wäre diese enge Zusammenarbeit nicht möglich", sagt er. Die geteilten Daten sind wertvoll. Sie enthalten nicht nur Details zur Materialauswahl und zu den Verarbeitungsverfahren, sondern auch die Essenz jahrelanger Kundenrückmeldungen. Inspire steht seit Jahren mit GF für andere Forschungsprojekte in Kontakt und stellt seine über 17-jährige Erfahrung in der additiven Fertigung von Metallen zur Verfügung. "Dank dieser guten und kontinuierlichen Zusammenarbeit haben beide Seiten einen Vertrauensvorschuss erhalten", sagt Sebastian.

In den Verträgen werden die Regeln der Zusammenarbeit festgelegt. Sie legen auch fest, was passiert, wenn die Forschung erfolgreich ist und eine neue Legierung entwickelt wird: GF ist berechtigt, ein Patent zu unterzeichnen, während Inspire eine Vergütung erhält.