Fortgeschrittene Leichtmetalle auf den Markt bringen

Trotz jahrzehntelanger wissenschaftlicher Forschung auf dem Gebiet fortgeschrittener Leichtmetalllegierungen ist nur eine begrenzte Anzahl von Produkten auf den Markt gekommen. Ein neues offenes Innovationsökosystem soll diesen Weg verkürzen.

Industrielle Technologien

Leichte Verbundwerkstoffe aus Metalllegierungen werden für Komponenten in den Sektoren Automobil, Luft- und Raumfahrt und Fertigung immer wichtiger. Diese Werkstoffe weisen ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und eine geringe Dichte auf, was bedeutet, dass die Fahrzeuge leichter sind, weniger Kraftstoff verbrauchen und somit weniger Schadstoffe ausstoßen. Mit dem Aufkommen von Nanomaterialien, die über überragende Eigenschaften verfügen, wird eine neue Klasse von Nanoverbundstoffen entwickelt, die in der Lage sein werden, die technischen Grenzen von reinen Metallen zu überwinden. Trotz zahlreicher Forschungsprojekte, die sich in den vergangenen Jahrzehnten mit diesen fortgeschrittenen Werkstoffen befasst haben, konnten nur wenige Produkte auf den Markt gebracht werden. Begrenzte Finanzmittel für die Entwicklung und Hochskalierung haben ihre Fortschritte behindert, und die Endnutzenden zögern, nicht-standardisierte Technologien anzunehmen. Die Industrie sieht sich mit einem Phänomen konfrontiert, das als „Tal des Todes“ bekannt ist, in dem diese vielversprechenden Werkstoffe nie ihr volles Potenzial erreichen. Um diese Hindernisse zu überwinden, wurde im Rahmen des EU-finanzierten Projekts LightMe (An Open Innovation Ecosystem for upscaling production processes of lightweight metal alloys composites) ein offenes Innovationsökosystem ausgestaltet, das darauf abzielt, die industriellen Prozesse für Leichtmetalle zu optimieren. LightMe wollte ein Bezugspunkt für Innovationen im Bereich der leichten Metallmatrix-Nanoverbundstoffe sein – Legierungen, die mit hochfesten Partikeln verstärkt sind.

Ein innovatives Ökosystem aufbauen

LightMe umfasste 25 Partner aus 15 europäischen Mitgliedstaaten, die alle ihr Wissen und ihre Erfahrung einbrachten, um die Innovation und Entwicklung von Leichtmetallen zu fördern. Das LightMe-Gemeinschaftsunternehmen wurde durch eine gemeinnützige Organisation vertreten, über die neue Kundschaft Zugang zur gesamten Wertschöpfungskette erhalten. LightMe wurde nicht nur erdacht, um bei der Entwicklung und der Ausweitung von Metalltechnologien zu helfen, sondern auch, um Kundschaft alles zu bieten, was sie braucht, um den Prozess bis zur Marktreife zu beschleunigen. Dazu gehören Modellierungs- und Simulationsdienste, Tests und Überwachung sowie Beratung zur Einhaltung von Vorschriften, zur Nanosicherheit und zur Entwicklung von Geschäftsplänen. Das System wurde so ausgearbeitet, dass es als Brücke zwischen den vorgelagerten Mitgliedern der Wertschöpfungskette, wie Materialentwicklung und Forschungseinrichtungen, und den nachgelagerten Endverbrauchenden und industriellen Fertigungsunternehmen fungiert.

Pilotlinien und Testfälle

Im Projekt LightMe wurden sechs Pilotlinien mit fortgeschrittenen, europaweit zugänglichen Fertigungsdienstleistungen eingerichtet. Dazu gehörten Niederdruckguss, Hochdruckguss, Nassguss, additive Fertigung von Metalldrähten, additive Fertigung von Metallen und Kolbenstrangpressen. LightMe führte mehrere Tests mit diesen Pilotlinien durch, um neue Werkstofftechnologien zu erschließen und Rückmeldungen zur Verbesserung der angebotenen Dienstleistungen zu erhalten. In einem Testfall mit dem Fertigungsunternehmen Hidria ging es beispielsweise darum, leichte Lenkritzel – ein Teil, mit dem sich die Räder von einer Seite zur anderen drehen lassen – unter Verwendung von Metallmatrix-Nanoverbundstoffen aus Aluminium herzustellen. Die LightMe-Partner Brunel University London und das Österreichische Gießerei-Institut haben Prototypen angefertigt, die zeigen, dass die Fertigungstechnologie der europäischen Automobilindustrie erhebliche Vorteile bieten könnte.

Verbreitung der Ergebnisse

Das Projekt führte zur Veröffentlichung von drei begutachteten Artikeln in wissenschaftlichen Zeitschriften, unter anderem über die Weiterentwicklung von fortgeschrittenen Verfahren für die Herstellung von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen. Das LightMe-Team organisierte außerdem die erste internationale Konferenz über Leichtbauwerkstoffe, die im Mai 2023 stattfand. Die zweitägige Konferenz versammelte Fachvorträge aus dem Bereich der Leichtbauwerkstoffe, die von Fachleuten aus Wissenschaft und Industrie eingereicht wurden.

Schlüsselbegriffe

LightMe, Metall, Verbundwerkstoff, Legierung, Nanomaterialien, Produktion, Ökosystem, Technologien, Aufwertung