Nachhaltige additiv gefertigte Aluminiumbauteile aus Sekundärmaterial für Luftfahrtanwendungen (Green-Al-Air)

Zur Steigerung der Nachhaltigkeit der Luftfahrt oder auch anderer Mobilitätsbereiche tragen nicht nur die Entwicklung umweltfreundlicher und effizienterer Antriebstechnologien bei, sondern es müssen auch die CO₂-Emissionen reduziert werden, die bei der Produktion der Fahrzeuge entstehen. Die Reduktion der CO₂-Emissionen entlang der Produktionskette rückt daher zunehmenden in den Fokus der Forschung und Entwicklung. Luftfahrtzeuge enthalten einen großen Anteil an Aluminiumlegierungen, die als Primärvarianten einen hohen „CO₂-Rucksack“ mit sich bringen. Durch Sekundäraluminium (recyceltes Material) hingegen können bis zu 95 % an Treibhausemissionen eingespart werden. Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt verwendet werden außerdem über spanende Fertigungsverfahren hergestellt, wodurch wesentlich mehr Material eingesetzt werden muss, als es dem späteren Bauteilgewicht entspricht. Dieses buy-to-fly-Verhältnis kann hierbei durchaus Werte von 5-10 annehmen. Eine Endkonturnahe Fertigungsmethode würde hier zu einer deutlich gesteigerten Materialeffizienz beitragen können. Hier bietet sich das drahtbasierte additive Lichtbogenverfahren Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) an. Dieser Prozess erlaubt hohe Auftragsraten und die Realisierung größerer Strukturgeometrien, als dies bei SLM- oder EBM-Prozessen möglich wäre.

Im Projekt „Green-Al-Air“ soll nun Aluminiumschweißdraht aus Sekundärquellen, unter anderem auch aus Spanabfällen aus der Luftfahrtbauteilfertigung, hergestellt und dann mittels WAAM-Verfahren entsprechenden luftfahrttaugliche Komponenten gefertigt werden. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist die Steigerung der Nachhaltigkeit von Strukturbauteilen für Luftfahrtanwendungen aus Aluminium.

Zusammen mit den Firmen HEGGEMANN AG und MIGAL.CO wird der Lehrstuhl für Allgemeine Werkstoffeigenschaften (MSE I) die Mikrostruktur solcher Bauteile untersuchen. Untersuchungen anhand von REM, TEM und APT sollen Rückschlüsse auf die Optimierung der Legierungszusammensetzung und Prozessparameter liefern. Zusätzlich werden die mechanischen Kennwerte unter quasistatischer und zyklischer Belastung untersucht. Zudem folgt eine Charakterisierung des Korrosionsverhaltens.

Das Forschungsprojekt Green-Al-Air wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert.

Förderkennzeichen 20Q2409C