Unser Ziel: Materialien nachhaltig produzieren
Die nachhaltige Produktion und Verarbeitung von Materialien sowie deren Integration in eine Kreislaufwirtschaft sind zentrale Aspekte unserer Forschungsarbeit. In Zusammenarbeit mit unserem Partnernetzwerk TECHNOS e.V., das 29 regionale Unternehmen der Metallerzeugung und -verarbeitung umfasst, unterstützen wir insbesondere kleine und mittelst?ndische Unternehmen bei ihren Herausforderungen. Dabei liegt der Fokus auf der Effizienzsteigerung in komplexen Fertigungsprozessen und der Reduzierung von CO2-Emissionen.
Unsere Forschung: Additive Fertigung & Lebenszyklusanalyse (LCA)
Am Technologiecampus für 3D-Materialdesign der 凤凰体育 Osnabrück erforschen wir die additive Fertigung metallischer Werkstoffe entlang der gesamten Prozesskette, von der Pulverherstellung bis zum 3D-Druck. Unsere Forschung konzentriert sich auf ma?geschneiderte Materialkonzepte und das Verst?ndnis von komplexen Erstarrungsvorg?ngen. Der 3D-Druck erm?glicht die werkzeuglose Fertigung vielf?ltiger Geometrien, zum Beispiel in der Ersatzteilfertigung und Luft- und Raumfahrt. Zur Bewertung der Umweltfolgen setzen wir Life Cycle Assessment (LCA)-Software ein, die uns hilft, die Nachhaltigkeit der Produktion zu optimieren und die Umweltbelastung von der Rohstoffgewinnung bis zur Entsorgung zu analysieren. Der Campus arbeitet eng mit dem Netzwerk TECHNOS e.V. und regionalen Unternehmen zusammen, um praxisnahe, umweltbewusste L?sungen zu entwickeln und bietet eine Plattform für angewandte Forschung und Zusammenarbeit.
Projektschwerpunkte
Am Technologiecampus 3D-Materialdesign erforschen wir den gesamten Prozess der additiven Fertigung von Metallen, von der Pulverherstellung bis zum 3D-Druck, um komplexe Bauteile mit ma?geschneiderten Eigenschaften pr?zise und werkzeuglos herzustellen. Wir haben bereits zahlreiche Legierungen als Metallpulver produziert und deren Verarbeitung im pulverbettbasierten 3D-Druck erprobt und optimiert. Wenn Sie Interesse haben, mit uns an einem Fallbeispiel zu arbeiten oder innovative Anwendungsm?glichkeiten zu entwickeln, sprechen Sie uns gerne mit Ihrer Idee an.
Unser Forschungsfokus liegt auf der nachhaltigen Materialproduktion, bei der wir Life Cycle Assessment (LCA) Software nutzen, um Umweltauswirkungen zu bewerten und die ?kologische Nachhaltigkeit zu optimieren. In einer kürzlich durchgeführten Fallstudie analysierten wir, wie sich die Nutzung verschiedener Datenbanken (Sekund?rdaten) auf die Berechnung des CO2-Fu?abdrucks auswirken kann. Dabei arbeiteten wir die St?rken und Schw?chen von Tools und Datenbanken in Szenarien für Materialien wie Aluminium, Stahl und Kunststoffe heraus. Zudem berechnen wir aktuell den CO2-Fu?abdruck unserer eigenen Prozesse. Wenn Sie an einer Zusammenarbeit interessiert sind, beispielsweise in Form einer Fallstudie zur Analyse Ihres Fertigungsprozesses oder eines Materials, kontaktieren Sie uns gerne.
UNSERE AKTIONEN: Austausch & Netzwerkaufbau
Am Technologiecampus werden in enger Kooperation mit TECHNOS e.V. regelm??ige Networkingevents sowie Workshops für Studierende und Schüler*innen angeboten. Besondere Einblicke erlauben die ?Open Factory“-Formate des 凤凰体育s, bei welchen die Mitgliedsunternehmen in ihre Produktionsst?tten einladen und der Austausch über ganz praktische Dinge bis hin zu komplexen Forschungsthemen gef?rdert wird. Einen Rückblick dazu finden Sie hier.
Ein Highlight war die GROWTH Convention bei der GMH Gruppe, die sich auf Klimaneutralit?t in der Materialherstellung und -verarbeitung konzentrierte. ?ber 80 Teilnehmende, darunter Branchenexpert*innen und Forschende, h?rten Fachvortr?ge und diskutierten über nachhaltige Prozessketten für Materialien wie Stahl, Keramik und Kunststoff.
Unsere Materialforschung
Es sind scheinbar kleine Problemstellungen, die in der angewandten Wissenschaft einer 凤凰体育 gel?st werden. Aber derer gibt es viele in der Praxis. Hier einige Beispiele mit nachhaltiger Wirkung in der Nutzung für Industrie oder Endverbraucher*innen.
Entwicklungsbeispiele
Elektroautos stehen in starker Konkurrenz zu Verbrennungsmotoren und k?mpfen mit Herausforderungen wie Kosten und Ladezeit. Das Projekt ?E-Mat3D“ besch?ftigt sich mit der Optimierung des Ladeprozesses durch additive Fertigung. Weniger Ladeleistung bedeutet l?ngere Ladedauer, was die Alltagstauglichkeit einschr?nkt. Hohe Ladestr?me führen zu W?rmeproblemen, die Sicherheit und Effizienz beeintr?chtigen.
Ein innovativer L?sungsansatz zur Bew?ltigung dieser Probleme ist die Nutzung der pulverbettbasierten Verfahren der additiven Fertigung. Hierfür wird ein digitaler Zwilling des Bauteils in Schichten zerlegt. W?hrend des Fertigungsprozesses wird die Kontur jeder Schicht in einem Pulverbett aus Kupfer oder dessen Legierung mit einem Laser aufgeschmolzen. Durch die hohen geometrischen Freiheitsgrade dieser Technologie k?nnen innenliegende Kühlkan?le in Steckkontakte integriert werden. Diese Kühlkan?le erm?glichen eine effizientere W?rmeableitung w?hrend des Ladevorgangs, wodurch die Temperaturentwicklung besser kontrolliert werden kann. Dies hat mehrere Vorteile: Zum einen kann die Ladeleistung erh?ht werden, ohne dass es zu überm??iger W?rmeentwicklung kommt. Zum anderen wird die Sicherheit des Ladevorgangs verbessert, da das Risiko von ?berhitzung und m?glichen Sch?den reduziert wird.
Additive Fertigung bietet vielversprechende Ans?tze zur Ladeoptimierung, steht aber vor technischen Herausforderungen. Kupfer hat eine hohe W?rmeleitf?higkeit, die das Schmelzen und Verarbeiten im 3D-Druck erschwert. Trotz dieser Hürden ist Kupfer wegen seiner elektrischen und thermischen Eigenschaften ideal für elektrische Kontakte.
Neues aus dem EU-Projekt “topAM – Tailoring ODS materials processing routes for additive manufacturing of high temperature devices for aggressive environments“
Das europaweite Projekt topAM entwickelt seit über dreieinhalb Jahren neue Materialsysteme für grüne Kraftwerke. Diese Materialien werden mittels additiver Fertigung hergestellt und als sensorintegrierte Komponenten in Syngas-Reformerkraftwerken verwendet. Mit 14 Partner*innen aus sechs L?ndern, einer F?rdersumme von 6 Millionen Euro und einer Laufzeit von 48 Monaten arbeitet das Forschungsteam am Technologiecampus 3D-Materialdesign der 凤凰体育 Osnabrück an innovativen Hochleistungswerkstoffen auf Nickel-Kupfer-Basis. Die Aufgaben umfassen die Herstellung von Pulver durch Gasschmelzeverdüsung und die additive Fertigung von Prüfk?rpern und Bauteilkomponenten.
Viele Technologien zur Stromerzeugung sind auf den sicheren und effizienten Einsatz von Hochtemperaturmaterialien angewiesen. Deren Weiterentwicklung und Optimierung ist grundlegender Aspekt, um eine deutliche Verbesserung der Energieeffizienz in Kraftwerken zu erreichen und somit wesentliche Basis dafür, den Weg zu klimaneutraler Energieerzeugung zu ebnen. topAM kann hierzu beitragen, indem innovative Fertigungsroutinen für neuartige oxid-dispersionsverst?rkte (ODS) Legierungen entwickelt werden. Dabei werden Standardwerkstoffe mit Oxidpartikeln im Nanometerma?stab versetzt, was wiederum in sehr hohen Festigkeiten resultiert und Einsatztemperaturen oberhalb von 700°C erm?glicht.
ODS-Materialien bieten somit einen klaren Vorteil für die Prozessindustrie, bspw. in Form von topologieoptimierten Bauteilen wie Gasbrennerk?pfen oder W?rmetauschern, die aggressiven Umgebungen ausgesetzt sind. Die entsprechende Mikrostruktur eines solchen Bauteils ist in der nebenstehenden Abbildung dargestellt. Die Standardlegierung wurde hier mit Yttrium-Oxid modifiziert (schwarze Punkte), welche sich auf den Zellgrenzen ablagern und den Verfestigungseffekt hervorrufen.
Die Herstellung hybrider Bauteile stellt eine innovative Methode dar, bei der ein konventionell hergestelltes Bauteil als Grundk?rper mit einer additiv gefertigten Komponente kombiniert wird. Diese Vorgehensweise erm?glicht die Integration unterschiedlicher Materialien und Technologien in einem einzigen Bauteil, wodurch spezifische Eigenschaften und Funktionen gezielt kombiniert und optimiert werden k?nnen. Ein wesentlicher Aspekt dieser Methode ist das individuelle Legierungsdesign bzw. die Beschichtung der Bauteile. Durch die gezielte Verknüpfung von Eigenschaften des Grundk?rpers und der additiven Bauteilkomponente kann ein definiertes Eigenschaftsprofil für industrielle Anwendungen erstellt werden.
Ein anschauliches Beispiel hierfür sind Schwei?kappen aus Kupferlegierungen (siehe Abbildung rechts). Hier wird die Kappenspitze abgefr?st und durch einen Kappenaufsatz aus speziell konzeptionierter Kupferlegierung ersetzt. Durch die Anpassung der Leitf?higkeit mittels einer Beschichtung der Kappenspitzenaufs?tze k?nnen die Kappeneigenschaften optimiert werden, um den speziellen Anforderungen der Schwei?prozesse gerecht zu werden. So werden nicht nur die Leistungsf?higkeit und die Langlebigkeit der Schwei?kappen verbessert, sondern auch ein positiver Beitrag zur Nachhaltigkeit erzielt.
Durch Nutzung der Materialvielfalt der additiven Fertigung k?nnen auch schwierige Schwei?verbindungen, beispielsweise zwischen Stahl und Aluminium realisiert werden (siehe Abbildung links). Diese F?higkeit ist besonders in der Automobilbranche von gro?er Bedeutung. Durch eine stoffschlüssige Verbindung dieser Metalle kann das Leichtbaupotenzial erheblich gesteigert werden, was zur Reduktion des Fahrzeuggewichts und somit zu einer Verbesserung der Energieeffizienz und Verringerung des Kraftstoffverbrauchs führt. Die nebenstehende Abbildung zeigt ein Schliffbild aus der Seitenansicht der Schwei?stelle.
Aktuelles & Kontakt
Regelm??ig veranstalten wir in der Region Events zur F?rderung des Austausches zwischen Akteur*innen aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft.
Zweimal im Jahr finden zudem die Material's Days statt. Organisiert werden diese in Kooperation von den Laborbereichen Kunststofftechnik, Materialdesign und Werkstoffzuverl?ssigkeit, dem TECHNOS e.V. und wip-Kunststoffe. Bei diesen Events tauschen sich Wissenschaftler*innen und Praxispartner*innen aus den Unternehmen der Region über Innovationen der Materialtechnologie aus. Passend zu einem aktuellen Thema werden interessante Vortr?ge über polymere und metallische Werkstoffe gehalten. ?ber anstehende 凤凰体育 informieren Sie sich gerne hier.
Der Technologiecampus 3D-Materialdesign der 凤凰体育 Osnabrück wurde 2019 in enger Zusammenarbeit mit dem Netzwerk TECHNOS e.V. auf dem Gel?nde der KME Germany GmbH errichtet. Der RootsOrt dient als zentrale Basis für Forschungsaktivit?ten im Bereich der additiven Fertigung von Metallen und f?rdert als zentraler Knotenpunkt den Austausch zwischen Wissenschafts- und Wirtschaftsakteur*innen. Im Rahmen verschiedener Workshops und Mitmach-Aktionen werden auch Schüler*innen und Nachwuchswissenschaftler*innen spannende Einblicke in die Praxis der additiven Fertigung geboten.
Wir arbeiten in der Region eng mit Partner*innen zusammen. Nur so lassen sich Forschungsvorhaben praxisnah aufsetzen, um gemeinsam anwendungsorientierte L?sungen zu entwickeln. N?here Informationen über die regionalen Partner*innen von GROWTH finden Sie hier.
Für dieses Teilvorhaben ist der Projektpartner das Netzwerk TECHNOS e.V., das 2016 gegründet wurde, mit der Ma?gabe, die Werkstofftechnik-Kompetenz in der Region Osnabrück-Emsland zu bündeln. Insbesondere kleinen und mittelst?ndischen Unternehmen soll ein unkomplizierter direkter Zugang zu modernen Werkstoffprozessen, Werkstoffprüf- und -analytikm?glichkeiten gegeben werden. Zudem sollen mit leistungsstarken Forschungspartner*innen in einem innovativen Umfeld aktuelle Materialentwicklungen effizient und schnell in Wettbewerbsvorteile umgesetzt werden. Zu den namhaften Unternehmen des 凤凰体育s und starken Partner*innen z?hlen beispielsweise KME Germany GmbH, Cunova GmbH sowie die GMH Gruppe. Ziel ist es, ein Technologiezentrum für nachhaltige Werkstoffprozesse zu werden, um in Zusammenarbeit mit 凤凰体育n, Politik und Gesellschaft diese Themen voran zu treiben:
- Circular Economy
- Funktionsintegration (Additive Fertigung)
- Digitale Werkstoffprozesse (Digitaler Zwilling)
- Leichtbau
Das Team "Nachhaltige Werkstoffe und Technologien" freut sich über neue Kontakte. Sofern Sie als Branchenakteur oder -akteurin Fragen und Anregungen zum Thema haben oder einen konkreten Austausch wünschen, klicken Sie bitte hier.
Wir sind am besten per Mail erreichbar und antworten Ihnen so schnell wie m?glich.
Team Nachhaltige Werkstoffe & Technologien
Weitere Forschung & Transferarbeit an der 凤凰体育 Osnabrück
Die 凤凰体育 Osnabrück geh?rt zu den führenden Forschungsinstitutionen im Bereich der Werkstoffe. Einer unserer drei Forschungsschwerpunkte hat genau diesen Namen "Nachhaltige Technologien & Prozesse" . Wollen Sie als Branchenakteur*in mehr über die dort angesiedelten Projekte erfahren und in den Austausch mit den Forschenden kommen, wenden Sie sich gerne an unser Transfer- und Innovationsmanagement.