• Bernauer, Christian
• Weck, Daniel
• Zapata, Avelino
• Müller-Pabel, Michael
• Selvaggio, Alessandro
• Zäh, Michael F.
• Tekkaya, A. Erman
• Gude, Mike

Abstract

Im Zeitalter der Hochtechnologie und der industriellen Innovationen sind die effiziente Verarbeitung und das Recycling von Materialien für den Leichtbau ein zentrales Anliegen. Aluminium ist aufgrund seiner herausragenden Eigenschaften wie geringe Dichte, Korrosionsbeständigkeit und hohe Festigkeit eines der wichtigsten Metalle in der modernen Industrie. Trotz dieser positiven Eigenschaften ist die Primärproduktion von Aluminium sehr energieintensiv und mit erheblichen Umweltbelastungen verbunden. Das Recycling von Aluminium gewinnt daher zunehmend an Bedeutung, da es nicht nur den Energieverbrauch senkt, sondern auch die Treibhausgasemissionen reduziert. Zusätzlich wird durch das Recycling die Abhängigkeit der Industrie und Gesellschaft von Rohstofflieferanten reduziert. Herkömmliche Recyclingmethoden, insbesondere das Umschmelzen von Aluminiumschrotten, sind jedoch mit Problemen wie Materialverlust, Qualitätseinbußen und geringer Energieeffizienz verbunden. Eine vielversprechende Alternative ist das direkte Recycling von Aluminiumrezyklaten durch Strangpressen. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung hochwertiger Aluminiumprofile direkt aus dem Rezyklatmaterial ohne den Zwischenschritt des Wiedereinschmelzens (im Englischen als Solid-State Recycling bezeichnet). Dadurch können Materialverluste durch Abbrand minimiert und die Ressourceneffizienz deutlich gesteigert werden. Der Werkstoff Aluminium profitiert zudem vom Einsatz neuartiger Technologien wie etwa additiver Fertigungsverfahren, die das Potenzial besitzen, die Effizienz in der Produktion deutlich zu steigern und dabei gleichzeitig den Ressourceneinsatz zu reduzieren. Additive Fertigungsverfahren ermöglichen die Herstellung komplexer Bauteile direkt aus einem virtuellen CAD-Modell, ähnlich dem Druck auf Papier, nur eben dreidimensional. Besonders vielversprechend für Bauteile aus Aluminium ist das Laserauftragschweißen. Mit dieser Technologie können große Bauteile effizient hergestellt werden, indem Zusatzwerkstoff schichtweise aufgetragen und aufgeschmolzen wird. Aktuelle Forschungsansätze konzentrieren sich auf die Optimierung der Prozessparameter, die Entwicklung prädiktiver Simulationsmodelle zur Qualitätssicherung sowie den Einsatz fortschrittlicher Sensortechnologien zur Prozessüberwachung und -regelung. Diese Entwicklungen sind entscheidend für die industrielle Anwendung und tragen zur Weiterentwicklung und Anwendung des Laserauftragschweißens insbesondere im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Effizienz und Nachhaltigkeit in der Produktion bei. Neben den Leichtmetallen werden im Leichtbau häufig verstärkte Kunststoffe eingesetzt, da diese ein sehr günstiges Eigenschaftsprofil aufweisen. Unter der Vielfalt der Verfahren zur Kunststoffverarbeitung hebt sich das Spritzgießen durch sein Potenzial zur effizienten Fertigung von komplexen Formteilen in großen Stückzahlen hervor. Darüber hinaus eignet sich der Spritzguss hervorragend zur Funktionalisierung von metallischen Strukturen, bspw. aus Aluminium. Diese Hybridstrukturen kombinieren dabei die Eigenschaften der einzelnen Materialklassen auf vorteilhafte Weise. Neuartige spritzgegossene Hybridstrukturen kombinieren thermoplastische Formmassen auch mit flächigen Verstärkungsstrukturen wie Organoblechen. Diese Technologie reduziert Montageschritte, ermöglicht Gewichts- und Kosteneinsparungen und wird im Automobilbau bereits in Großserie eingesetzt. Für die Zukunft eröffnet die Kombination aus traditionellem Spritzgießen, Digitalisierung und Hybridtechnologien neue Horizonte für die effiziente und nachhaltige Herstellung hochwertiger kunststoffbasierter Bauteile.

Topics

• aluminium
• collision-induced dissociation
• discrete element method