OXYMATE

Die additive Fertigung von Titanbauteilen liefert entscheidende Vorteile gegenüber konventionellen Herstellungsverfahren: weniger Materialeinsatz, die Herstellung komplexer Geometrien und deutlich reduzierte Entwicklungszeiten. Allerdings wirken sich fertigungsbedingte Eigenspannungen und besonders der Sauerstoffgehalt im Material maßgeblich auf die mechanischen Eigenschaften und die Lebensdauer der Bauteile aus. Bisher sind die Zusammenhänge zwischen Sauerstoffgehalt, Gefügeausbildung und Betriebsfestigkeit insbesondere bei neuen, nachhaltigen Fertigungsverfahren wie Lithography-based Metal Manufacturing (LMM) und Cold Metal Fusion (CMF) wenig verstanden.

Im Mittelpunkt von OXYMATE steht die Charakterisierung und gezielte Steuerung des Sauerstoffgehalts in pulverbasiert hergestellten Titanbauteilen. Ziel ist die Entwicklung einer neuen, praxisnahen Werksnorm, mit der auch Bauteile mit partiell erhöhtem Sauerstoffgehalt garantiert hohe mechanische Eigenschaften (wie sie z. B. für Implantate oder Luftfahrtkomponenten gefordert sind) erfüllen können. Dadurch können innovative additive Fertigungsverfahren in bisher normkritische Anwendungen integriert und gleichzeitig große Ressourceneinsparungen sowie eine erhöhte Bauteillebensdauer erzielt werden.

Das Vorhaben umfasst:

• Die systematische Ermittlung des Einflusses variabler Prozess- und Pulverparameter auf den Sauerstoffgehalt und die Mikrostruktur der hergestellten Bauteile.
• Die Entwicklung und Validierung von Prüfkonzepten zur Bewertung der Betriebsfestigkeit und der Rolle innerer Druckspannungen.
• Den Aufbau einer Prozesskette inklusive neuer LMM-Anlage sowie umfangreicher Material- und Festigkeitsanalysen.
• Simulationsgestützte Optimierung des Sinterprozesses und kontinuierliche Validierung durch experimentelle Bauteilprüfungen.

Mit diesem Ansatz stärkt das Projekt nicht nur die Grundlagenforschung im Bereich innovativer metallischer Werkstoffe und additiver Fertigung, sondern fördert auch unmittelbar den Technologietransfer zwischen Hochschule und Industrie. Element22 und die HAW Kiel bündeln ihre Kompetenzen, sowohl im Bereich der Werkstofftechnik als auch der Betriebsfestigkeit, um marktreife Anwendungen zu ermöglichen. Gleichzeitig trägt OXYMATE durch geringeren Material- und Energiebedarf und die Schaffung von Recyclingmöglichkeiten wesentlich zum Umwelt- und Klimaschutz bei.

Die Ergebnisse des Projekts, darunter neue Werkstoffnormen, optimierte Prozessrouten und wissenschaftlich fundierte Lebensdauermodelle, werden für die Industrie diskriminierungsfrei zugänglich gemacht und fließen unmittelbar in die Lehre und weitere anwendungsorientierte Forschung an der HAW Kiel ein. OXYMATE schafft somit die Grundlage für eine nachhaltige und marktorientierte Entwicklung der additiven Fertigung in Schleswig-Holstein und darüber hinaus.