Ein interdisziplinäres Forschungsteam untersucht künftig, wie sich Metallstrukturen für spezifische Belastungen optimieren lassen. Dabei kommt das Laserauftragschweißen zum Einsatz, ein additiver Fertigungsprozess, bei dem Metalle schichtweise aufgebaut werden. Ziel der Gruppe um Prof. Dr. Andreas Ostendorf von der Ruhr-Universität Bochum ist es, das Verfahren mithilfe von Robotik und Computersimulationen weiterzuentwickeln. Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit 3,85 Millionen Euro über vier Jahre, beginnt das Projekt Anfang 2025.
Das Laserauftragschweißen bietet gegenüber konventionellen Fertigungsmethoden wie Gießen oder Fräsen entscheidende Vorteile. Während herkömmliche Verfahren oft an geometrischen Grenzen stoßen, ermöglicht das Laserauftragschweißen die Herstellung komplexer Freiformbauteile. Hierbei wird die Oberfläche des Metalls durch einen Laserstrahl lokal erhitzt und aufgeschmolzen, während ein Metalldraht in das Schmelzbad eingebracht wird. Die geschmolzenen Materialien verbinden sich, und das Bauteil wird Schicht für Schicht aufgebaut.
Besonders gefragt sind solche Bauteile in der Luft- und Raumfahrt sowie für Spezialwerkzeuge, da sie hohe Belastungen aufnehmen müssen und gleichzeitig möglichst leicht sein sollen. Durch den Einsatz von Computersimulationen berechnet das Team im Vorfeld die optimale Geometrie und Materialverteilung, um maximale Stabilität bei minimalem Gewicht zu erreichen. Diese digitalen Modelle dienen als präzise Baupläne für den Fertigungsprozess.
Die Umsetzung erfolgt durch zwei spezialisierte Roboter. Während der erste Roboter die Struktur mittels Laserauftragschweißen aufbaut, übernimmt der zweite Roboter das Fräsen, um die Oberflächenrauheit zu reduzieren und die Bauteile weiter zu verfeinern. Diese Kombination aus additiver und subtraktiver Fertigung wird im Bochumer Forschungszentrum ZESS getestet. Die Ergebnisse könnten wegweisend für Anwendungen in der Industrie sein, bei denen Präzision und Belastbarkeit essenziell sind.