Themenfelder
Im CZS Center KRAFt werden Kompetenzen in der additiven Fertigung standortübergreifend gebündelt und weiterentwickelt. Der Fokus liegt auf den Forschungsschwerpunkten Kreislaufwirtschaft Kunststoff und Kreislaufwirtschaft Metall.
Um die unterschiedlichen Forschungsaktivitäten übersichtlich zu strukturieren, sind sie in sechs Themenfelder gegliedert. Diese bilden gemeinsam die additive Prozesskette ab und reichen von der Aufbereitung von Sekundärstoffen über Designmöglichkeiten und den additiven Fertigungsprozess bis hin zur Qualitätssicherung und der Analyse von Ressourceneffizienz und dem Transfer der Ergebnisse.
Themenfeld 1
Aufbereitung
Die Aufbereitung von Sekundärstoffen, wie ausgedienten Produkten oder Fertigungsabfällen, ist ein zentraler Bestandteil der Kreislaufwirtschaft. Sekundärmaterialien werden so aufbereitet, dass sie zuverlässig in additiven Fertigungsprozessen eingesetzt werden können.
Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Anpassung der Partikelgröße an die jeweiligen Prozessanforderungen. Zum Einsatz kommen Verfahren wie Zerkleinern, Sieben, Pelletieren, Kompaktieren, Einschmelzen oder Verdüsen. Parallel dazu werden die benötigten Ressourcen systematisch erfasst und ausgewertet.
Themenfeld 2
AM-Prozess
Im Themenfeld AM-Prozess steht die additive Fertigung mit unterschiedlichen Verfahren im Mittelpunkt. Zum Einsatz kommen unter anderem Materialextrusionsverfahren (MEX), Hochgeschwindigkeits-Directed-Energy-Deposition-Verfahren (HS-DED), LED-gestützte Vat- Photopolymerisationsverfahren (VPP) sowie Pulverbett-Laserstrahlschmelzverfahren für Metalle (PBF-LB/M). Ergänzend werden High-Throughput-Versuche durchgeführt. Verarbeitet werden sowohl Primärmaterialien als auch aufbereitete Sekundärstoffe.
Neben der Bauteilherstellung werden auch begleitende Prozessschritte wie die Nachbearbeitung betrachtet. Die Analyse und Weiterentwicklung von Prozessparametern trägt dazu bei, Material effizienter einzusetzen, Recyclingmaterialien zu nutzen und die Prozessstabilität sowie die Ressourceneffizienz der additiven Fertigung zu erhöhen.
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Themenfeld 3
Charakterisierung und Qualitätssicherung
Dieses Themenfeld befasst sich mit der Untersuchung und Bewertung von Materialien, Prozessen und additiv gefertigten Bauteilen. Ziel ist es, die Eigenschaften von Sekundärstoffen und aufbereiteten Materialien zu verstehen und deren Einfluss auf die Bauteilqualität zu bewerten.
Die Charakterisierung umfasst chemische, thermoanalytische und physikalische Analysen sowie Untersuchungen zur Pulvercharakterisierung und zu Schüttguteigenschaften. Ergänzend werden gefertigte Prüfkörper und Bauteile umfassend werkstofflich untersucht, beispielsweise hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, Gefügeausbildung, Wärmeleitfähigkeit und tribologischer Eigenschaften. Die Ergebnisse dienen der Qualitätssicherung und der Weiterentwicklung von Materialien und Fertigungsprozessen.
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Themenfeld 4
Design
Im Themenfeld Design stehen die Konstruktion, Simulation und Optimierung von Bauteilen für die additive Fertigung im Fokus. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Designautomation sowie auf der Modellbildung für granulat und pulverbettbasierte additive Verfahren.
Bauteile werden so ausgelegt, dass sie funktional, materialeffizient und additiv gut herstellbar sind. Dabei werden die besonderen Anforderungen und Eigenschaften von Kreislaufmaterialien gezielt berücksichtigt, um deren Einsatz in der additiven Fertigung zu ermöglichen und zu optimieren.
Themenfeld 5
Ressourceneffizienzanalyse
Dieses Themenfeld beschäftigt sich mit der systematischen Erfassung und Auswertung von Stoff und Energieströmen entlang der additiven Prozesskette. Dazu gehören zeitlich hochaufgelöste Leistungsmessungen an Fertigungsmaschinen, die Erfassung eingesetzter Materialien sowie die Bewertung der gefertigten Produkte anhand definierter Qualitätskriterien.
Auf dieser Grundlage werden Energie und Prozessmodelle entwickelt. Sie ermöglichen die Analyse des Energiebedarfs einzelner Maschinen und Prozessschritte, die Identifikation ineffizienter Abläufe sowie die gezielte Optimierung von Prozessparametern. Ergänzend werden Kennzahlen entwickelt, die eine vergleichbare Bewertung von Prozessen und Produkten erlauben.
Themenfeld 6
Transfer
Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden strukturiert aufbereitet und über bestehende Transferkanäle weitergegeben. Der Austausch richtet sich an Wissenschaft und Industrie ebenso wie an eine breitere Öffentlichkeit.
Auf diese Weise fließen die Forschungsergebnisse in Praxis, Lehre und gesellschaftlichen Dialog ein und tragen zur Weiterentwicklung der additiven Fertigung und der Kreislaufwirtschaft bei.