Hybrid4 – Hybride Produktionsmethoden und intelligente Fertigungsketten

Produkte und ihre Bauteile werden in Zukunft immer komplexer und müssen hochintegriert sowohl Funktionalität als auch strukturmechanische Anforderungen vereinen. Das stellt die Fertigung vor immer neue Herausforderungen. Einerseits kommen klassische Prozessketten technologisch an ihre Grenzen, andererseits fordert der Zeit- und Kostendruck effiziente und flexible Fertigungsmethoden bei gleichbleibend hoher Qualität. Die Forschungsgruppe „Hybrid4“ hat zum Ziel, diesen Konflikt aufzulösen, indem das Zusammenspiel moderner Maschinenbautechnologien in einer neuen Prozesskette entlang der Wertschöpfung erprobt wird.

Materialinnovationen und hybride Fertigungsverfahren

Moderne Anwendungen z. B. im Transportwesen (Leichtbau), im Maschinen- und Anlagenbau (Werkzeugoptimierung), in der Elektronik (integrierte Sensorik), in der Energiespeicherung (Miniaturisierung/Elektroden) oder auch in der Medizintechnik (Prothesen und Orthesen) erfordern völlig neue Materialeigenschaften, welche mit klassischen Werkstoffen allein nicht mehr zu erfüllen sind. In Hybridwerkstoffen werden Materialien unterschiedlicher Werkstoffklassen zu einem neuen Werkstoffsystem kombiniert, sodass sich die Vorteile aller Komponenten ergänzen und neue Eigenschaften ermöglichen. So kann z. B. bei gleicher oder verbesserter Leistungsfähigkeit eines Bauteils entweder das Bauteilgewicht oder die Kosten des Bauteils reduziert werden.
Da klassische Fertigungstechnologien meist werkstoff- und bauteilspezifisch ausgelegt sind, ist die Fertigung hybrider Bauteile im Multi-Material-Mix mit den heute verfügbaren Prozessketten nicht wirtschaftlich. Hybride Verfahren, die z. B. subtraktive und additive Fertigung miteinander kombinieren, verbinden die konstruktiven Vorzüge der additiven Fertigung mit den realisierbaren Toleranzen der spanabhebenden Verfahren. Hybride Bauteile erreichen mit der Synthese von verschiedenen Funktionselementen aufgeteilte Struktur- und Funktionsbereiche im Bauteil und entsprechen somit den Anforderungen aus Komplexität und Kostendruck besser als Bauteile aus Monowerkstoffen. Die Verbindungstechnik zwischen Bauteilkomponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen ist dabei eine zentrale Herausforderung, da jeder Werkstoff eigene Anforderungen an das Fügeverfahren mitbringt.