Forscher der TUM revolutionieren 3D-Druck von Aluminiumbauteilen!

Forscher der TUM revolutionieren 3D-Druck von Aluminiumbauteilen!

Am 12. September 2025 gab die Technische Universität München (TUM) bekannt, dass sie zusammen mit der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und Colibrium Additive ein bedeutendes Forschungsprojekt namens Aluminium aus Additiver Fertigung (AlaAF) ins Leben gerufen hat. Dieses Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung, Technologie und Raumfahrt mit 1,17 Millionen Euro gefördert und hat zum Ziel, die Fertigung von leichten sowie belastbaren Aluminiumbauteilen für die Luft- und Raumfahrt mithilfe des industriellen 3D-Drucks zu optimieren.

Im Fokus des Projekts steht das Verfahren der Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Dieser innovativen Technik zufolge wird Metallpulver schichtweise mittels Laser zu Bauteilen verschmolzen. Dabei wird großen Wert auf die Designfreiheit der hergestellten Teile gelegt. Eines der zentralen Probleme, das die Forscher anzugehen versuchen, ist die Rissbildung bei der Abkühlung von hochfesten Aluminiumlegierungen, was ihre Verwendung in tragenden Strukturelementen erheblich erschwert.

Technologie und Herausforderungen

Das AlaAF-Projekt bringt mehrere Institutionen zusammen, darunter die ausgeklügelten Fertigungstechniken des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie (ILT). Hier wurden komplexe Druckguss-Werkzeuginlays für große Aluminiumteile entwickelt. Die sogenannte PBF-LB/M-Technologie ermöglicht die Herstellung von großen Druckgussformen, die für die Automobilindustrie von zentraler Bedeutung sind. Diese Formen müssen thermisch belastbar, anpassungsfähig und widerstandsfähig sein, um den Herausforderungen der elektrischen Mobilität gerecht zu werden.

Der benötigte Spezialstahl L-40 ist hierbei entscheidend, da er es erlaubt, Formen mit konturnaher Kühlung herzustellen. Diese Neuheit hilft, Temperaturspitzen zu minimieren und die Lebensdauer der Formen durch verminderte Abnutzung erheblich zu verlängern.

Das AlaAF-Projekt nutzt einen neuen Ansatz, bei dem spezielle Zusatzstoffe im Metallpulver eingesetzt werden, um keramische Partikel im Submikrometerbereich zu bilden. Diese Technik führt zu einer feinkörnigen Mikrostruktur, die sowohl die Rissbildung reduziert als auch die mechanischen Eigenschaften der Bauteile verbessert. Ziel ist es, ein Gesamtgewicht zu erzielen, das leichter ist, ohne an Belastbarkeit zu verlieren. Solche Innovationen sind besonders wichtig in einem Sektor, der sich angesichts steigender Kosten und der Notwendigkeit zur Energiewende stark wandelt.

Forschung und Analyse

Einen weiteren Schwerpunkt der TUM-Forschung stellt der Einsatz von Neutronenmethoden zur Untersuchung der Werkstoffe dar. Der Forschungsreaktor FRM II ermöglicht es den Wissenschaftlern, die Phasenverteilungen sowie die inneren Spannungen in den gedruckten Materialien zu analysieren. Die Kombination aus Neutronenexperimenten und mechanischer Belastung sowie Temperaturvariation hilft, die industriellen Bedingungen realistisch abzubilden und die Qualität der produzierten Teile zu optimieren.

Das Team unter der Leitung von Dr. habil. Ralph Gilles an der TUM widmet sich zudem der Entwicklung von Prozessparametern für das LPBF-Verfahren. Die FAU wird die gedruckten Materialien genau analysieren, um die mechanischen Eigenschaften weiter zu verbessern und so langfristig die Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie zu erfüllen.

Insgesamt steht das AlaAF-Projekt für einen bedeutenden Schritt in der Materialforschung für die Luftfahrt und zeigt das Potenzial additiver Fertigungstechniken, hochwertige und nachhaltige Lösungen zu entwickeln, die auf die Herausforderungen der Zukunft reagieren können. Die Zusammenarbeit zwischen Hochschulen und der Industrie bildet die Basis für diese zukunftsorientierte Forschung und Entwicklung.