Diese innovative Technologie zielt darauf ab, bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion die mechanischen Eigenschaften und das Wärmemanagement in Anwendungen wie Elektromotoren- und Batteriegehäusen zu verbessern.
Das Ziel von MULTHEM ist die Entwicklung von Multimaterialien auf Metall-Polymer-Basis für Leichtbaustrukturen mit gutem Wärmemanagement, wobei Additive Fertigung und innovative Fügetechnologien zur Herstellung komplexer Freiformgeometrien verwendet werden. Derzeit werden Metallstrukturen häufig durch Kohlefaserverbundwerkstoffe (CFK) ersetzt, um Leichtbauelemente mit hervorragender mechanischer Festigkeit herzustellen, die z. B. in Flugzeugen oder Hochleistungsfahrzeugen zum Einsatz kommen. Eine weitere Gewichtsreduzierung kann mit additiven Fertigungsverfahren erreicht werden: So sind komplexe Geometrien möglich, die mit konventionellen Methoden nicht hergestellt werden können, und Strukturen werden nur dort verstärkt, wo es notwendig ist.
MULTHEM konzentriert sich auf die Erforschung und Verbesserung fortschrittlicher Komponenten aus verschiedenen Materialien wie CFK und Aluminiumlegierungen. Besonderes Augenmerk liegt auf der Steigerung der Wärmeleitfähigkeit durch den Einsatz innovativer Fügeverfahren, Nanotechnologien sowie synergetischen Materialkombinationen.
Die Kombination von CFK mit Aluminiumlegierungen zielt auf eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und der mechanischen Eigenschaften ab. Dadurch können Bauteile mit optimierten Struktur- und Kühleigenschaften, wie z. B. Batterie- und Elektromotorengehäuse sowie Gehäuse für die Leistungselektronik, kostengünstig hergestellt werden. Diese Gehäuse wären leichter und stabiler als solche aus Aluminium oder Stahl. Das erhöht nicht nur die Leistungsfähigkeit der Produkte durch Gewichtseinsparung, sondern senkt auch die Betriebskosten – insbesondere in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie. Letztendlich wird das Wachstum der beteiligten Unternehmen durch die Innovationen von MULTHEM erheblich gefördert.
Die Vision von MULTHEM schafft Vorteile für eine Reihe von Industriezweigen und Unternehmen. Dazu gehören KMU, Großunternehmen, die Verbundwerkstoffindustrie, die additive Fertigungsindustrie, Batteriehersteller und die Leistungselektronik. Sie fördert nicht nur eine umweltfreundlichere Produktion, sondern stärkt auch die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen. Durch innovatives Materialdesign können sie ihr Angebot diversifizieren und ihre Marktpräsenz ausbauen.
Das Fraunhofer IPK ist im Projekt MULTHEM für das Arbeitspaket »Fügetechnologien« verantwortlich. Wir entwickeln und untersuchen Fügekonzepte für die Herstellung von Multimaterialien mit innovativen Fügetechnologien wie Laser- und Elektronenstrahlschweißen. Darüber hinaus werden mithilfe eines Life Cycle Assessments (LCA) die Umweltauswirkungen der neu entwickelten Multimaterialprodukte aus MULTHEM berechnet und mit konventionell gefertigten Produkten verglichen.
Ziel ist es, neue Methoden zur Herstellung von Multimaterialverbindungen für verschiedene Anwendungen zu entwickeln und die Faktoren zu verstehen, die diese Verbindungen beeinflussen. Dies wird MULTHEM in die Lage versetzen, eine Multimaterialverbindung dort herzustellen, wo sie benötigt wird. Diese Entwicklung wird durch die Simulation von Fügeprozessen unterstützt und trägt zum Verständnis der Faktoren bei, die den Fügeprozess beeinflussen.
Eine große Herausforderung bei der Herstellung neuer Metall-Polymer-Multimaterialien besteht darin, eine starke Verbindung zwischen ungleichen Materialien herzustellen, da diese unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen. Um diese Herausforderung zu meistern, hat das Fraunhofer IPK ein neuartiges Verfahren namens »Electron and Laser Beam Bonding« (Elektronen- und Laserstrahlfügen) entwickelt, das fortschrittliche thermische Fügetechnologien nutzt, um robuste und zuverlässige Verbindungen zwischen Aluminiumlegierungen und CFK herzustellen.
Im Rahmen des Förderprojekts wurde ein internationales Konsortium aus Experten aus Forschung und Industrie gebildet. Gemeinsam wollen wir die theoretischen Grundlagen und praktischen Anwendungen dieses vielversprechenden Verfahrens erforschen. Unser Ansatz ist es, kooperative Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu fördern, um letztendlich marktfähige Produkte zu schaffen, die sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bieten.
Insgesamt wollen wir mit unserem Förderprojekt einen nachhaltigen und wichtigen Beitrag leisten, indem wir die Entwicklung neuer Technologien vorantreiben, die Produktivität steigern, Ressourcen schonen und die Wettbewerbsfähigkeit unserer Zielgruppen stärken. Wir laden alle Interessierten herzlich ein, sich dieser innovativen Reise anzuschließen und Teil einer zukunftsweisenden Bewegung an der Schnittstelle von Materialwissenschaften, Nanotechnologie und Advanced Manufacturing, wie zum Beispiel der Additiven Fertigung und den Fügetechnologien zu werden.
Eine detaillierte Beschreibung aller Partner finden Sie hier.
Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik