Neue Materialien Bayreuth GmbH

NEUE MATERIALIEN –
WETTBEWERBSVORSPRUNG DURCH INNOVATIVE
WERKSTOFF- UND VERFAHRENSENTWICKLUNG.
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NEUE MATERIALIEN BAYREUTH
ANWENDUNGSNAHE FORSCHUNG:
LÖSUNGEN DIREKT FÜR IHRE INDUSTRIELLE PRAXIS.
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W W W. N M B G M B H . D E
NEUE MATERIALIEN BAYREUTH
Sehr geehrte Damen und Herren,
rund 70 % aller technischen Innovationen basieren direkt oder indirekt auf den Eigenschaften und
Funktionalitäten der verwendeten Werkstoffe. Als Grundlage aller Produkte und gerade auch
aufgrund ihres hohen Innovationspotenzials sind Werkstoffe ein entscheidender Baustein für die
Wett bewerbsfähigkeit der W irtschaft. Daher kommt der Erforschung und Entwicklung passgenauer
Werkstoffe und deren effizienter Verarbeitung eine zentrale Bedeutung zu.
Die Neue Materialien Bayreuth GmbH (NMB) möchte hierbei als Partner der Kunststoff und Metall verarbeitenden Industrie
ihre werkstoffwissenschaftliche und verfahrenstechnische Kompetenz einbringen.
NMB ist eine im Jahr 2000 gegründete außeruniversitäre Forschungseinrichtung, die für die Werkstoffklassen Kunststoffe
und Metalle im Themenfeld „Leichtbau“ neuartige Materialvarianten und deren Verarbeitungsverfahren entwickelt oder bereits
vorhandene Werkstoffe sowie Produktionsprozesse optimiert. Weiterhin bieten wir unter unserem Dach ein umfangreiches
Spektrum von Dienstleistungen für die Werkstoffanalytik und die Bauteilprüfung an.
Das besondere Merkmal von NMB sind unsere hochmodernen Maschinen im Industriemaßstab: Durch die Einbeziehung unseres Anlagenparks in die Entwicklungsarbeiten stellen wir sicher, dass die für Sie generierten Lösungen in eine direkte
Anwendbarkeit in der industriellen Praxis münden. Eine wichtige Voraussetzung ist für uns dabei die enge Abstimmung mit
unseren Partnern. Weiterhin nutzen wir gezielt mögliche Synergieeffekte zwischen den Ideen unserer Experten aus den Bereichen Kunststoffe und Metalle. Bei Bedarf kann die Prozessentwicklung mit Hilfe intelligenter numerischer Analyse virtuell
abgebildet werden und so in einem iterativen Vorgehen weiter optimiert werden.
Ergebnis dieses Ansatzes sind schnell nutzbare und marktfähige Lösungen, gewonnen durch anwendungsnahe Forschung
und Entwicklung „made by NMB“.
Ich wünsche Ihnen inspirierende Anregungen beim Entdecken von NMB und freue mich auf die Zusammenarbeit mit Ihnen.
Herzlichst Ihr
Prof. Dr.-Ing. Volker Altstädt
Geschäftsführer Neue Materialien Bayreuth GmbH
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KUNSTSTOFFE –
RESSOURCENEFFIZIENTER LEICHTBAU DURCH
KUNSTSTOFFTECHNIK MIT ZELLULÄREN
U N D V E R S T Ä R K T E N P O LY M E R W E R K S T O F F E N .
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BEREICH KUNSTSTOFFE
Kunststofftechnik entlang der Prozesskette:
vom Granulat zum Bauteil
Im Geschäftsbereich Kunststoffe liegt der Fokus auf der
Entwicklung von neuen Leichtbauwerkstoffen, der Optimierung der hierzu erforderlichen innovativen, wirtschaftlichen Fertigungsverfahren sowie auf der Aufstellung von
Struktur- und Eigenschaftsbeziehungen. Als Leichtbauwerkstoffe werden maßgeschneiderte geschäumte und
faserverstärkte Kunststoffe sowie Materialkombinationen
eingesetzt.
Die Entwicklungsstrategie umfasst eine ganzheitliche
Betrac htung der gesamten Wertschöpfungskette von der
Materialauswahl über das Formteildesign sowie ein maßgeschneidertes Fertigungskonzept bis hin zur Produktherstellung im modern ausgestatteten Technikum. Am
Ende der Prozesskette wird über Strukturaufklärung bis
hin zur Werkstoff- und Bauteilanalyse eine belastbare
Aussage zur Qualität des fertigen Bauteils erarbeitet. Mit
dieser Vorgehensweise wird der lokalen und überregionalen Kunststoffindustrie für ihren jeweiligen
Anwendungs fall ein individuell angepasster Werkstoff,
ein robuster Fertigungsprozess und prognostizierbare
Bauteileigenschaften an die Hand gegeben.
Bei der Entwicklung fließen unser werkstofftechnisches
W issen, die Erfahrungen im Umgang mit modernen
Kunst stoff verarbeitungsmaschinen sowie die Verfügbarkeit eines überdurchschnittlich gut ausgestatteten Labors zusammen. Neben diesen Entwicklungsarbeiten
führen wir auch Werk zeugabmusterungen im Bereich
Spritzgießen und Partikelschaumverarbeitung durch.
Der Bereich Kunststoffe beschäftigt sich mit folgenden
Arbeitsgebieten:
• Spritzgießsonderverfahren:
Schaumspritzgießen (Mu Cell ® ), Variotherm ® , Mehrkomponentenspritzgießen, Spritzprägen, Spritzgießcom poun dieren (IMC)
• Partikelschäume (EPP, EPS, E-TPE)
• Hochleistungsverbundwerkstoffe:
- Kombinationsverfahren:
Organobleche und Spritzgießen (LFT)
• Extrusionstechnologie:
- Schaumextrusion von Folien und Blöcken
- Compoundierung von Granulaten
• Strukturaufklärung: Mikroskopie, Tomografie
• Eigenschaftsanalyse: Mechanik, Verzug, Thermoanalyse, Rheologie
• Oberflächenanalytik: Optik, Haptik, Haftung
L EISTUNGSSPE
E KTRUM
M:
• Entwicklung von Leichtbauwerkstoffen auf Basis von
geschäumten und/oder faserverstärkten Thermoplasten
• Entwicklung und Optimierung von innovativen, wirtschaftlichen und hochautomatisierbaren Fertigungsprozessen
• Aufstellung von Struktur- und Eigenschaftsbeziehungen
Ihr Ansprechpartner im Bereich
Kunststoffe:
Dr.-Ing. Andreas Spörrer
Tel. +49 (0) 921 507 36 331
[email protected]
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Spritzgießsonderverfahren:
leichte Formteile mit hochwertigen Oberflächen
Um hochwertige Spritzgießprodukte wettbewerbsfähig
herstellen zu können, muss der Fertigungsprozess eine
Vielzahl komplexer Anforderungen erfüllen. Beispiele
hierfür sind Oberflächengüte, Mehrfarbigkeit des Produktes, Designfreiheit und Funktionsintegration. Hierfür
bietet die stetige Weiterentwicklung unterschiedlicher
Spritzgießverfahren ein breites Spektrum an Lösungen
für einen maßgeschneiderten Fertigungsprozess. W ir
nutzen moderne Spritzgießvarianten, um für die Kunststoff verarbeitende Industrie ressourceneffiziente
Leicht bau technologien zur Fertigung nachhaltiger,
wett be werbsfähiger Formteile zu entwickeln und zu
opti mieren. Das Leistungsspektrum umfasst dabei
Material entwicklungen mit kleinen Mustermengen und
die Prozessentwicklung bis hin zur Formteilfertigung im
Prototypenmaßstab.
bereich 150 t und 450 t mit angepasster Werkzeugtechnologie zum Einsatz. Je nach Zielbauteil können
beispielsweise atmende Werkzeuge, variotherme Kavitätstemperierungen oder das Gasgegendruck-Verfahren verwendet werden. Als Versuchswerkzeuge stehen
zwei Plattenwerkzeuge mit konturnahem Flächentemperiersystem zur Verfügung.
Verfahren
Füllmenge
Expansion
Integralschaum
Niederdruck
Hochdruck
Variothermes Spritzgießen
Thermoplast-Schaumspritzgießen (TSG)
Bei Schaumspritzgießen von Thermoplasten und thermoplastischen Elastomeren wird durch Zugabe eines
chemischen oder physikalischen Treibmittels zur Polymerschmelze ein Aufschäumen des Polymers beim Einspritzen in die Kavität erreicht. Die so hergestellten
Inte gralschäume können sehr dünnwandig realisiert
werden und zeichnen sich vor allem durch Gewichtsund Materialeinsparung sowie durch eine hohe spezifische Biegesteifigkeit und Maßhaltigkeit aus. Außerdem erfordert dieses Verfahren maschinenseitig
niedrigere Schließkräfte und kürzere Zykluszeiten als
das Kompakt-Spritzgießen.
Zur Herstellung von geschäumten Formteilen mit integraler Schaumstruktur und guter Oberfläche kommen
zwei MuCell ® -Spritzgießmaschinen im Schließkraft-
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Durch Einsatz von Variotherm ® ausgeführten Spritzgießwerkzeugen können wir Bauteile mit hochwertigen
Oberflächen erzeugen, beispielsweise für Hochglanzrahmen von LCD-Bildschirmen oder Autoradios. Prinzip
ist eine variotherme Werkzeugtemperierung, bei der die
Werkzeugkavität so vortemperiert wird, dass das Polymer nach dem Einspritzen schmelzflüssig bleibt, wodurch eine präzise Abbildung der Oberflächenfeinheiten im Werkzeug und eine schlierenfreie Oberfläche
erzielt werden. Durch ein optimiertes Temperiersystem
mit konturnaher Flächentemperierung der Kavität benötigt der variotherme Prozess nur unwesentlich längere
Kühlzeiten als der konventionelle Prozess. Weitere Vorteile sind das Wegfallen von sichtbaren Bindenähten
und eine erhebliche Reduktion des Bauteilverzugs.
BEREICH KUNSTSTOFFE
2-Komponenten-Spritzgießen
Beim 2-Komponenten-Spritzgießen oder allgemein dem
Mehrkomponentenspritzgießen werden mehrere Schmelzen während des Einspritzvorgangs sequenziell in einem
Werkzeug zusammengeführt. Damit lassen sich zwei Polymerwerkstoffe mit deutlich unterschiedlichen Eigenschaften wirtschaftlich zu komplexen Geometrien fügen.
Beispielsweise können hochsteife verstärkte Thermoplasten mit weichen thermoplastischen Elastomeren verbunden werden, die Hart-Weich-Softtouch-Kombinationen für den automobilen Innenraum ermöglichen. Für
dieses Sonderverfahren existieren verschiedene Prozessvarianten, wie z. B. Sandwich, Co-Injection, 2K- oder
Overmoulding.
Drei 2-Komponenten Spritzgießmaschinen im Schließkraftbereich von 65 t bis 450 t und verschiedene Versuchswerkzeuge stehen für unsere Arbeiten zur Verfügung.
IMC
Spritzgieß-Compounder (IMC Injection Moulding Compounder) ermöglichen die Aufbereitung von maß geschne iderten Materialrezepturen direkt auf der Spritzgießmaschine, was enormes technisches und wirt schaft liches
Potenzial bei der Herstellung von polymeren Formteilen
bietet. Die so genannte Direkt com poundierung wird
durch die Kombination eines Doppel schneckenextruders
mit einem Kolbenspritz aggregat im Zusammenspiel mit
einer gängigen Schließeinheit realisiert. So können z. B.
langfaser verstärkte Thermoplasten, Hoch- oder Nanopartikelgefüllte Werkstoffe sowie Polymerlegierungen
(Blends) kostengünstig und anforderungsgerecht erzeugt
werden.
Im Bereich des Spritzgießcompoundierens bieten wir auf
Basis eines 200 t Spritzgießcompounders kundenspezifische Material- und Prozessentwicklungen für größere
Produktionsanlagen. Aufgrund des universellen Einsatzspektrums ist eine ressourceneffiziente Rezepturentwicklung für Polymerlegierungen sowie für gefüllte und
verstärkte Thermoplasten in „erster Wärme“ möglich.
Spritzprägen
Beim Spritzprägen erfolgt zusätzlich zur klassischen
Einspritz phase eine Schließbewegung des teilgeöffneten
Werkzeugs. Durch diese Prägebewegung wird ein flächiger Nachdruck aufgebracht, der einen verminderten
Verzug ermöglicht sowie die Möglichkeit, dünnwandige
Bauteile mit langen Fließweglängen zu fertigen.
Typische Anwendungen sind Kunststoffverscheibung
(Glazing), langfaserverstärkte Strukturbauteile (LFT) oder
auch Textilhinterspritzen. W ir verfügen über vier Spritzgießmaschinen mit moderner Prägesteuerung im Schließkraftbereich von 65 t bis 2.500 t und dafür geeignete
Spritzgießwerkzeuge.
L EISTUNGSSPE
E KTRUM
M:
• Compound-Entwicklung
• Prozess- und Werkzeugentwicklung
• Analytik von Morphologie und Bauteileigenschaften
• Übertragung von Versuchswerkzeugen auf reale Bauteile
• Werkzeugabmusterungen für Spritzgießsonderverfahren
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BEREICH KUNSTSTOFFE
Partikelschäume: Rohmaterialentwicklung,
Prozesstechnik und Oberflächenoptimierung
Partikelschäume, wie EPS, EPE und EPP, sind Schaumperlen aus thermoplastischen Kunststoffen. Sie besitzen
Dichten im Bereich von 15 bis 80 kg/m³ und zeichnen
sich durch sehr gute spezifische mechanische Eigenschaften, hohe thermische Isolierfähigkeit und ein enormes Leichtbaupotenzial aus. Die Verarbeitung der
Schaumperlen zu Formteilen findet in so genannten
Formteilautomaten mithilfe von Wasserdampf statt.
Haupteinsatzgebiete sind Verpackungen, thermische Isolierungen und technische Teile im Automobilbereich.
Unsere Arbeitsschwerpunkte im Bereich der Partikelschäume decken die gesamte Prozesskette von der
Rohmaterial entwicklung über die Prozess- und Werkzeugtechnik bis hin zur Oberflächenoptimierung ab.
Auf dem Gebiet der Materialentwicklung beschäftigen wir
uns mit der Herstellung von maßgeschneidertem Rohmaterial und der Modifizierung von bestehenden Rohstofftypen. Die Verarbeitung der Rohmaterialien findet auf
modernster Anlagentechnik statt. Dabei werden zum
Erreichen der Hauptziele – Steigerung der W irtschaftlichkeit und Energieeinsparung – innovative Werkzeugkonzepte und variotherme Prozessabläufe eingesetzt.
Abgerundet wird unser Leistungsspektrum durch die
Opti mierung der Partikelschaumoberflächen. Der Fokus
liegt hierbei vor allem auf der Haftoptimierung von
Rohmaterial typen geringer Polarität (Partikelschäume auf
Polyolefinbasis).
W ir verfügen neben der Laborausstattung zur Herstellung
von extrusions- und autoklavgeschäumtem Rohmaterial
über Vorschäumer und Formteilautomaten zur Verarbeitung sämtlicher verfügbarer Rohmaterialtypen. Im Bereich der Oberflächenoptimierung arbeiten wir mit Anlagen zur Oberflächenanalytik und Beschichtungstechnik.
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L EISTUNGSSPE
E KTRUM
M:
• Materialentwicklung: Herstellung und Modifizierung,
Analytik, Abmusterungen und Materialscreenings
• Prozesstechnik: Steigerung der W irtschaftlichkeit
und Konzepte zur Energieeinsparung, Entwicklung innovativer Werkzeugtechnik, Integration variothermer
Prozessschritte, Kleinserienproduktion, Entwicklung
von Produktkonzepten, Schulungen
• Oberflächenoptimierung: Direkthinterschäumen von
verschiedensten Dekormaterialien, Lackieren und Beschichten, Haftoptimierung, Oberflächenaktivierung
und Charakterisierung
BEREICH KUNSTSTOFFE
Faserverbundwerkstoffe auf Basis thermoplastischer Matrixsysteme: Leichtbau-Werkstoffe
für hohe Stückzahlen
Faserverbundwerkstoffe bieten ein hervorragendes
Leicht baupotenzial. Kohle-, Glas- und Aramidfasern in
polymeren Matrix(werkstoff)en besitzen bei geringem Gewicht sehr günstige Eigenschaften hinsichtlich Steifigkeit, Festigkeit und Crash. Durch die Möglichkeit, verschiedene Werkstoffe beim Laminataufbau und den
Einzel lagen zu kombinieren, lassen sich für den spezifischen Anwendungsfall gezielt mechanische Eigenschaften maßschneidern. Bislang ist der Einsatz von
Faser verbundwerkstoffen jedoch aufgrund von aufwendiger manueller Fertigung und langer Aushärtezeiten der
Harzsysteme auf kleine Stückzahlen beschränkt.
Thermoplastische Faserverbundwerkstoffe mit einer Matrix z. B. aus PP, PA, PPS oder PEEK ermöglichen in
Kombi nation mit hoch automatisierter Fertigung aufgrund
sehr kurzer Zykluszeiten und insbesondere in Verbindung
mit einem in den Prozess integrierten Spritzgießschritt
die wirtschaftliche Produktion hochwertiger Bauteile in
automobilen Großserien.
Im Zentrum unserer Kompetenz im Bereich thermo plastischer Faserverbundwerkstoffe steht eine neu entwickelte 2.500 t-Spritzpresse im Industriemaßstab mit
Spritzgießaggregat und automatischer Bestückung sowie
Heizstationen für thermoplastische Halbzeuge. Auf dieser Anlage entwickeln wir Verfahrenskombinationen aus
Pressen, Spritzgießen, Schäumen, Prägen und LFTVerfahren. Eine zusätzliche Presse im Labormaßstab
ermöglicht begleitende Prozessuntersuchungen und
Probe körperfertigung.
Quelle: Quadrant Plastic Composites AG, 2011
L EISTUNGSSPE
E KTRUM
M:
• Material- und Prozessentwicklung für lang- und endlosfaserverstärkte thermoplastische Verbundwerkstoffe
• Bauteil- und Werkzeugdesign für kombinierte Fertigungsverfahren (Pressen/Spritzgießen)
• Werkzeugabmusterungen
(Kombination Pressen/Spritzgießen)
• Werkstoff- und Bauteilprüfung für Verbundwerkstoffe
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Simulation/Metalle
Simulationsbasierte Verfahrens- und Werkstoffentwicklung entlang der gesamten Prozesskette.
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BEREICH SIMULATION / METALLE
Werkstoffgerechte Entwicklung:
Verstehen statt Trial-and-Error
Die Kernkompetenz im Geschäftsbereich Simulation/
Metalle liegt bei der Entwicklung und Optimierung von
Fertigungsprozessen und Materialien für die Verfahren
Schweißen, Wärmebehandlung, Umformen, generative
Fertigung sowie Thermisches Spritzen.
W ir beschäftigen uns mit drei thematischen Schwerpunkten:
• Simulationsbasierte Technologieentwicklung:
Ver fahrens ent wicklung und Software lösungen
• Thermisch gestützte Umformprozesse: Prozessketten für das Warmumformen hochfester Blechwerkstoffe, Erzeugung maßgeschneiderter Werkstoffeigenschaften
• Generative Fertigung: Verfahrensentwicklung und
Auftragsfertigung
Die Maxime unserer Arbeit ist die so genannte werkstoffgerechte Entwicklung: Statt durch „Trial-and-Error” entstehen unsere Lösungen auf Basis unseres grundlegenden Verstehens der spezifischen werkstofflichen
Vorgänge in Kombination mit intelligenter numerischer
Analyse. Unser Entwicklungsprinzip ist dabei die enge
Verzahnung zwischen der virtuellen Prozess- und Werkstoffentwicklung und der experimentellen Validierung, die
auf einem neuartigen methodischen Ansatz beruht.
Dieses wissensbasierte Vorgehen ermöglicht es uns,
Prozesse und Werkstoffe zu schaffen, die sich durch vorteilhafte Parameter (verkürzte Prozessketten, verbesserte
Energieeffizienz, höhere Bauteilqualität) auszeichnen.
Dies führt zu einer signifikanten Reduzierung der „Timeto-Market“ und darüber hinaus zu einem hohen Einsparpotenzial bei den Entwicklungs- und Fertigungskosten.
Ihr Ansprechpartner im Bereich
Simulation/Metalle:
Prof. Dr.-Ing. Vasily Ploshikhin
Tel. +49 (0) 921 507 36 121
[email protected]
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Simulationsbasierte Technologieentwicklung
Die Prozessentwicklung und Verfahrensoptimierung bei
der Verarbeitung von Werkstoffen kann durch den Einsatz computergestützter Modellierungs- und Simulationsverfahren sinnvoll unterstützt werden. Basierend auf
einer anwendungsspezifischen Modellbildung als mathematische Grundlage für die Simulationsrechnung kann
das Verhalten des Bauteils im Hinblick auf die thermische, mechanische sowie werkstoffstrukturelle Entwicklung vorhergesagt werden. Die Aussagekraft und
Effi zienz der numerischen Simulation hängt entscheidend
von der Qualität der dahinter stehenden Modelle und
Algo rithmen ab.
Hier setzen unsere Experten gezielt an: Ausgehend von
einem grundlegenden Verstehen der Vorgänge im Werkstoff entwickeln sie numerische Modelle für das Werkstoffverhalten während und nach dem Verarbeitungsprozess, die in neuen, hocheffizienten Simulationsmethoden
für die Prozessentwicklung und Prozessoptimierung
münden. Grundlage hierfür sind die geschickte Auswahl
der mathematischen Modelle und ein neuartiger methodischer Ansatz, der auf einem interaktiven Prozess zwischen der virtuellen Modellentwicklung und realen Experimenten zur Kalibrierung des rechnerischen Modells
beruht. Auf diese Weise gelingt es, den benötigten Rechenaufwand minimal zu halten und eine signifikante
Redu zierung der Rechenzeit gegenüber herkömmlichen
Methoden zu erreichen.
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Unsere neuartigen Simulationen ermöglichen eine präzise Vorhersage von Bauteilverzügen, Eigenspannungen
und Schädigungen. Dabei können sehr komplexe physikalische Vorgänge für eine breite Palette von schwerpunktmäßig metallischen Werkstoffen abgebildet werden.
Die entwickelten Simulationsmethoden können sowohl in
kommerziell erhältliche Softwaretools integriert, als auch
als eigenständige Programmlösungen realisiert werden.
Zu den gelösten Aufgaben zählen z. B. die Entwicklung
von rissfreien Schweißprozessen für Aluminium-, Titanund Nickel legierungen sowie für Stahl, eine Methode zur
schnellen Berechnung von Verzügen beim Schweißen,
insbesondere von Großbauteilen, eine Software für die
Verzugsermittlung beim Thermischen Spritzen sowie die
Entwicklung von optimierten Schweißverfahren hinsichtlich der Verbesserung der Verbindungseigenschaften.
LEISTUNGSSPEKTRUM:
• Prozessentwicklung und Verfahrensoptimierung hinsichtlich Heißrissbildung, Verzug, Eigenspannungen
und Nahteigenschaften für die Fertigungsverfahren
Schweißen, Wärmebehandlung und Thermisches
Spritzen
• Entwicklung von Softwaretools für Werkstoffsimulationen
BEREICH SIMULATION / METALLE
Thermisch gestützte Umformprozesse
Hochfeste Stähle finden vor dem Hintergrund der Realisierung von Leichtbaukonzepten zunehmend Einsatz.
Aufgrund geringerer Blechstärken kann eine Senkung der
Bauteilgewichte ohne Einbuße an Festigkeit erreicht werden. Hochfeste Stähle werden meist durch Warmumformen in die Zielgeometrie gebracht.
Um die Effizienz des Umformprozesses zu steigern und
gleichzeitig Bauteile mit neuer Qualität zu schaffen beschäftigen wir uns mit der Entwicklung neuartiger Verfahren zum Umformen von Hochfestmaterialien (höchstfeste
Stähle, Titanlegierungen, hochfeste Al-Legierungen). Dabei kommt vorgelagerten innovativen Wärmebehandlungsverfahren eine besondere Bedeutung zu. Sie schaffen die Voraussetzung für energieeffiziente Prozessketten
für das ofenfreie Warmumformen mit deutlich verkürzten
Zykluszeiten und zudem für eine gezielte thermische Einstellung der Werkstoffeigenschaften.
Mit unserem neuen Ansatz lassen sich die Änderungen
der Werkstoffeigenschaften, wie sie durch thermische
Einflüsse im Werkstoff während der Wärmebehandlung
auftreten, abbilden. So können z. B. die Temperaturentwicklung, die Phasenumwandlungen sowie die damit verbundenen Werkstoffeigenschaften sicher prognostiziert
werden. Dieses ermöglicht eine Vorhersage des Werkstoff verhaltens während des Ver- und Bearbeitungsprozesses.
Durch Einsatz des von uns entwickelten Wärmebehandlungsverfahrens können Bauteile mit maßgeschneiderten
Produkteigenschaften erzeugt werden: Das Verfahren ermöglicht es, unterschiedliche Werkstoffeigenschaften innerhalb einer Platine einzustellen und so Bauteile in
einem Arbeitsgang zu realisieren, die gleichzeitig leicht
und hoch belastbar sind.
Die Verifizierung und Erprobung der entwickelten Lösungen finden im unserem Technikum auf einer 2.500 t- Hydrau lik presse und einer 250 kW-Induktionsanlage statt.
LEISTUNGSSPEKTRUM:
• Entwicklung innovativer Prozessketten für das Warmum formen
• Ermittlung umformtechnisch relevanter Werkstoffeigenschaften im Zusammenhang mit einer Wärmebehandlung
• Formänderungsanalyse umgeformter Bauteile und
Abgleich des experimentellen Ergebnisses mit den
Simulationsuntersuchungen
• Werkstoff- und prozessgerechte numerische Berechnungen für Wärmeleitung, Thermomechanik, thermodynamische Eigenschaften
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BEREICH SIMULATION / METALLE
Quelle: CONCEPT Laser GmbH
Generative Fertigung
Generative Fertigungsverfahren sind Verfahren, bei denen die gewünschte Endgeometrie eines Bauteils
schichtweise durch Aufbringung des Ausgangswerkstoffes erzeugt wird. Dies schafft völlig neue Möglichkeiten für die Herstellung von hochwertigen Bauteilen, da
die Grenzen der konventionellen Fertigungsverfahren
überschritten werden können. So lassen sich hochkomplexe, auf konventionellem Wege nicht herstellbare
Bauteile werkzeuglos fertigen. Dies betrifft die Bauteilgeometrie (wie Hinterschneidungen), die Möglichkeit zu
Werkstoffvariationen innerhalb des Bauteils sowie die
Positionierung von funktionalen Kanälen.
Die schichtbildenden Verfahren werden für eine schnelle
Herstellung von Modellen und Prototypen sowie zunehmend auch für die Fertigung von Endprodukten, wie
Werkzeuge, insbesondere für die Kunststoffindustrie,
genutzt. Hierfür werden neue technische Konzepte realisiert, um sogenannte intelligente Werkzeuge mit konturangepasster Heizung/Kühlung und Variation des
Werk stoffs über dem Bauteilquerschnitt zu fertigen.
Die gegenwärtig zur Verfügung stehenden generativen
Verfahren ermöglichen eine gute Genauigkeit des Bauteils; sie zeichnen sich jedoch durch relativ niedrige
Aufbau raten und hohe Produktionskosten aus. Zudem
bestehen Beschränkungen bei der Größe der generierten
Werkstücke.
Vor diesem Hintergrund beschäftigen wir uns mit der Entwicklung innovativer Verfahren, die eine schnelle Herstellung gerade auch relativ großvolumiger Teile ermöglichen. Zentraler Ansatz ist die Ver wendung von handelsüblichen, beschichteten Metallblechen zum Schicht auf bau,
die durch Dif fu sions löten unter Um ge bungs at mo sphäre
stoff schlüssig mit einander verbunden werden. Dies ermöglicht hohe Aufbauraten bei der Schicht ge ne rierung,
eine dichte und robuste Struktur der erzeugten Bau teile
sowie einen relativ schnellen und kosten günstigen Herstellungsprozess. Parallel zu den experimentellen Untersuchungen wird die Temperaturentwicklung während der
Fertigung numerisch simuliert.
W ir verfügen über eine M3 linear-LaserCUSING-Anlage
des Herstellers CONCEPT Laser, auf der neben den
Entwick lungsarbeiten auch Auftragsarbeiten durchgeführt werden können. Die Anlage ermöglicht das LaserCUSING ® , 3D-Laserabtragen sowie Laserbeschriften. Mit
der LaserCUSING ® -Technologie können in einem Bauraum von 300 x 350 x 300 mm Bauteile aus Metallpulver
generativ hergestellt werden. Das Verfahren ist vor allem
für Rapid Prototyping, also für die schnelle Herstellung
von Modellen und Prototypen, geeignet.
LEISTUNGSSPEKTRUM:
• Entwicklung leistungsstarker Verfahren für die generativen Fertigungen
• Auftragsfertigung mit der LaserCUSING ® -Technologie
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W E R K S T O F F A N A LY T I K / B A U T E I L P R Ü F U N G
Werkstoffanalytik + Bauteilprüfung unter einem Dach
W ir bieten ein umfangreiches Dienstleistungsangebot zur
Werkstoffanalytik und Bauteilprüfung für metallische und
polymere Werkstoffe. Dabei arbeiten wir in enger Kooperation mit der Universität Bayreuth. Die Ausstattung der
Labore und die Erfahrungen unserer Mitarbeiter ermöglichen modernste Analyse- und Prüfverfahren einschließlich der computergestützten Auswertung und Nachbearbeitung.
GEFÜGE- UND STRUKTURANALYSE
• Metallografie
Die Reproduzierbarkeit von Messergebnissen ist maßgeblich von der Güte der Probekörper abhängig. Zur
Anfer tigung von genormten Probekörpern ist eine entsprechende Ausstattung vorhanden, z. B. eine Wasse rstrahl schneideanlage.
WERKSTOFFANALYSE
• Optische Emissionsspektrometrie:
Fe-, Ni-, Cu-, Ti-, Al-, Mg-, Sn-Legierungen
Die Untersuchungen können sowohl an Probekörpern als
auch an Bauteilen durchgeführt werden. Bei speziellen
Fragestellungen können neue Prüfkonzepte entwickelt
werden.
• Lichtmikroskopie
• Elektronenmikroskopie (REM): EDX, EBSD,
in-situ Schadensanalyse Zug-/Druck
• Tomografie
• Diffraktometrie
EIGENSCHAFTSANALYSE
• Oberflächenanalyse: Haptik, Optik, Haftung
• Mechanische Prüfung: Statische und dynamische
Bruchmechanik-Prüfung, Zug/Druckprüfung, Härtemessung, Impact- und Pendelversuche, Kriechversuche
• Thermische Analyse: DSC, DMA, FTIR, Rheologie,
Penetration
FORMÄNDERUNGSANALYSE
• Optische Messung zur Bauteilprüfung mittels 3DScanner (ARAMIS, ATOS, ARGUS)
Quelle: Carl Zeiss NTS GmbH
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N E U E M AT E R I A L I E N B AY R E U T H G M B H
Gottlieb-Keim-Straße 60
D-95448 Bayreuth
Te l e f o n : + 4 9 ( 0 ) 9 2 1 5 0 7 3 6 1 0 0
Te l e f a x : + 4 9 ( 0 ) 9 2 1 5 0 7 3 6 1 9 9
w w w. n m b g m b h . d e
Geschäftsführung
Prof. Dr.-Ing. Volker Altstädt
Tel.: +49 (0) 921 507 36 0
E-Mail: [email protected]
Kunststoffe
Dr.-Ing. Andreas Spörrer
Tel.: +49 (0) 921 507 36 331
E-Mail: [email protected]
Simulation/Metalle
Prof. Dr.-Ing. Vasily Ploshikhin
Tel.: +49 (0) 921 507 36 121
E-Mail: [email protected]
Wissenschaftliche Zusammenarbeit mit Lehrstühlen der Universität Bayreuth