Aalener Forschergruppe entwickelt Hochleistungslegierungen für Energiewandler
Für die additive Fertigung von E-Motorenkomponenten stehen bislang nur
wenige kommerzielle Legierungen zur Verfügung. Um elektrische Maschinen
künftig noch leistungsfähiger zu machen, bedarf es neuer Materialien, die
speziell auf ihre Anforderungen zugeschnitten sind. Unter der Leitung von
Prof. Dr. Dagmar Goll setzt das Institut für Materialforschung (IMFAA) der
Hochschule Aalen dafür auf eine neue Ultraschall-Verdüsungsanlage des Typs
„rePowder“ von AMAZEMET.
Die im Rahmen des Großgeräteprojekts „alADDin“
finanzierte Anlage bildet die Grundlage für die Entwicklung
maßgeschneiderter Hochleistungslegierungen – etwa für Energiewandler,
Energiespeicher und Hartmetalle.
Die neue Anlage ist Teil einer 3,2-Millionen-Euro-Förderung für
Forschungsgeräte im Rahmen des Landesprogramms „Forschungsgroßgeräte an
Hochschulen für angewandte Wissenschaften“. „Die Anlage stellt eine sehr
gute Basis für echte Materialinnovationen dar: Wir können jetzt aus
Reinelementen oder Vorlegierungen völlig neue Materialien in sehr hoher
Qualität entwickeln – besonders in Kleinmengen zur Legierungsentwicklung
für hochspezialisierte Anwendungen“, berichtet Prof. Dr. Dagmar Goll.
Das Verfahren verbindet Präzision und Effizienz: Metallisches Material
wird durch Plasma oder Induktion eingeschmolzen, dann auf eine
ultraschallbetriebene Sonotrode geführt. Die Schwingungen zerstäuben das
flüssige Metall in Tropfen, die beim Abkühlen zu kugelförmigem Pulver
erstarren. Je nach Ultraschallfrequenz sind Partikelgrößen von 30 bis 100
Mikrometern möglich – ideal für den 3D-Druck. „Die Kugelform ist
entscheidend für gleichmäßigen Fluss und präzise Verarbeitung“, erklärt
Felix Trauter, Doktorand am IMFAA. „Wir können damit Legierungen mit exakt
definierten Eigenschaften herstellen, die es so nirgendwo zu kaufen gibt."
Die Ausstattung mit Induktions- oder Plasmaschmelzen ermöglicht die
Verarbeitung von quasi jedem Material. Mit einer maximalen Temperatur von
rund 3000°C kann von Aluminium über hochreaktive Speziallegierungen bis zu
Wolfram nahezu jedes Material verarbeitet werden. Selbst exotische
Materialien wie Mondstaub sind möglich. „Für unsere Forschung an
Energiespeichern, Elektromotoren und Generatoren benötigen wir Materialien
mit sehr spezifischen magnetischen oder mechanischen Eigenschaften. Bisher
mussten wir mit den nächstbesten verfügbaren Materialien arbeiten – jetzt
können wir sie selbst entwickeln", sagt Dr. Thomas Kresse, Forscher am
IMFAA.
Die Anlage ermöglicht auch direktes Recycling nach dem „Cradle-to-Cradle-
Prinzip“: Material kann am Lebensende direkt wieder in hochwertigen
Ausgangsstoff für die additive Fertigung überführt werden.
„Stütz¬strukturen aus dem Druckprozess werden wieder zu verwertbarem
Pulver – ohne Qualitätsverlust", erklärt Trauter. Das Material wird dabei
für den spezialisierten Einsatz recycelt, für den es ursprünglich
hergestellt wurde. Dies ermöglicht schnelle Iterationszyklen in der
Materialentwicklung bei effizienter Ressourcennutzung.
