Das Forschungsprojekt "Simulation bei sinterbasierten additiven Verfahren für metallische Hochtemperaturwerkstoffe (Simsalabim)" konzentriert sich auf die Herstellung komplexer Metallteile mithilfe fortschrittlicher 3D-Drucktechnologien. Im Fokus stehen die Simulation sinterbasierter additiver Fertigungsverfahren (Sinter-based Additive Manufacturing, SBAM) sowie die Weiterentwicklung von schwer zu verarbeitenden Hochleistungswerkstoffen. Dabei soll die Prozesskette verbessert und neue Potenziale für SBAM erschlossen werden. Gleichzeitig wird ein sächsisches Netzwerk für fortschrittliche 3D-Drucktechnologien etabliert, um Forschungsaktivitäten zu verknüpfen und einen Austausch zwischen Industrie und Wissenschaft zu ermöglichen. Mit diesen Synergien werden Innovationen vorangetrieben und praxisorientierte Lösungen entwickelt.

Das Projekt »Simsalabim« konzentriert sich auf die Entwicklung einer durchgängigen Prozesskette für die sinter-additive Fertigung von Nickelbasislegierungen. Gemeinsam arbeiten das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden, die Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTWD) und das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS daran, sämtliche Schritte – von der Auslegung über die Sintersimulation bis hin zur Verifikation an realen Bauteilen – abzudecken. Dabei widmet sich das Fraunhofer IWS um Moritz Greifzu vorrangig der Sintersimulation, das Fraunhofer IFAM um Dr. Thomas Studnitzky dem Sinterprozess und das Team um Prof. Daniela Hünert von der HTWD konzentriert sich auf die Optimierung von Werkstoffen und Wärmebehandlungen. Ziel ist es, industrielle Erfahrungen von Beginn an zu erfassen und in die Entwicklungsziele einfließen zu lassen. Hierfür wurde ein Netzwerktreffen mit Herstellern und Anwendern durchgeführt und die aktuellen Problematiken in Simulation und Werkstoffverhalten adressiert. 

Workshop und Netzwerk

Am 28. November fand das erste Netzwerktreffen des Projektvorhabens statt. Industrievertreter von Start-Ups bis zu börsennotierten Großunternehmen, Vertreter von Verbänden und Forschende trafen sich, um die zentralen Herausforderungen der sinterbasieren additiven Fertigung zu beleuchten. Ein offener Austausch über Erfahrungen und Herausforderungen unterstützt dabei, die Projektziele gezielt zu schärfen. Themen wie Simulation, Werkstoffe und deren Eigenschaften standen dabei im Mittelpunkt. Die Erkenntnisse aus den zahlreichen Diskussionen werden in die nächsten Schritte des Projekts einfließen, um die weiteren Entwicklungen gezielt voranzutreiben und innovative Lösungen zu schaffen.

Über das Projekt

Bisher liegt der Fokus der metallischen additiven Fertigung auf laserbasierten Verfahren. Diese zeichnen sich durch eine hohe technische Reife aus, erfüllen aber nicht alle Herausforderungen in Bezug auf Werkstoffe, Geometrien und Produktivität. Daher richtet sich das Interesse der Industrie zunehmend auf die SBAM-Verfahren. Bei SBAM werden Metallpulver ohne komplettes Aufschmelzen verarbeitet, was thermische Gradienten und das damit verbundene Ausbilden von Eigenspannungen, die Rissanfälligkeit sowie Bildung schädlicher Phasen reduziert. Trotz des bestehenden Bedarfs stehen bisher kaum 3D-gefertigte Bauteile aus schlecht schweißbaren Legierungen zur Verfügung, da diese Werkstoffe nur sehr eingeschränkt oder gar nicht mit Laserverfahren realisiert werden können. Da bei SBAM diese Einschränkungen verfahrensbedingt nicht bestehen, ergeben sich hohe wirtschaftliche Potentiale. Die erfolgreiche Verarbeitung dieser Werkstoffe würde einen bedeutenden technologischen Fortschritt auch in Hinsicht auf Produktivität und Oberflächengüte darstellen. Ziel ist neben einer durchgehenden Prozesskette für Nickelbasislegierungen die Weiterentwicklung von Sinter- und Werkstoffsimulationen sowie die Anpassung dieser Werkstoffe auf die SBAM-Anforderungen. Derartige Legierungen zeichnen sich besonders durch die hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen aus, was sie zur ersten Wahl in Hochtemperaturanwendungen der Energie-, Transport- und Wasserstoffindustrie macht.

Netzwerkarbeit als Erfolgsfaktor

Die Forschungsarbeiten der beteiligten Institute werden in einem regionalen Netzwerk gebündelt und sollen den Austausch von Forschung und Industrie zu sinterbasierten additiven Verfahren sowie Werkstoffen fördern und intensivieren. Ziel ist es, gemeinsam die kostengünstige Produktion von Komponenten mittels 3D-Druck voranzutreiben. Zukünftig soll das Netzwerk einen wichtigen Beitrag zur regionalen Entwicklung Sachsens liefern. 
Das Projekt wird mitfinanziert durch Steuermittel auf der Grundlage des vom sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes und kofinanziert von der Europäischen Union.

Interessierte Unternehmen und Verbände können sich bei Prof. Daniela Hünert melden.