Forschungsprojekte

Förderungen

MATFEM war in den letzten Jahren als Partner oder Auftragnehmer in mehreren Projekten beteiligt, die von der Europäischen Union und dem Bundes­ministerium für Bildung und Forschung gefördert werden. In diesen Projekten arbeiten Universitäten, Forschungs­institute und die Industrie zusammen.

MATFEM möchte auf diesem Wege neueste Forschungs­erkenntnisse in die selbst entwickelten Materialmodelle einfließen lassen.

MATFEM nimmt nicht an laufenden Projekten teil.

Abgeschlossene Projekte

Forschungsprojekt LaserLeichter

Von 2015 bis 2018 war MATFEM Partner im Projekt LaserLeichter zur Entwicklung von laserbasierten Füge­technologien für artungleiche Leichtbau­konstruktionen.

Projektziel   Durch den Mischbau unter Verwendung verschiedener Leichtbau­materialien lässt sich das Gewicht von Fahrzeugen deutlich reduzieren. An dieser Stelle setzt das Projekt LaserLeichter an, indem es innovative und großserientaugliche Füge­technologien für artungleiche Metall-Metall- und Metall-Kunststoff-Verbindungen erforscht. Zusammen mit der benötigten Anlagen- und Prüftechnik sollen diese mit Blick auf den späteren Einsatz in der Serien­fertigung erarbeitet werden.

MATFEM hat im Rahmen des Projektes artungleiche Verbindungen mittels FEM im Detail simuliert (Meso­modelle). Experimente und virtuelle Versuche auf Basis der Mesomodelle dienten zur Herleitung von Makro­modellen, welche es erlaubten die Steifigkeit und das Versagens­verhalten der artungleichen Verbindungen in guter Näherung in einer Crashsimulation unter industriellen Rahmen­bedingungen zu simulieren. Als Grundlage für die Werkstoff­beschreibung diente das von MATFEM entwickelte Materialmodell MF GenYld + CrachFEM.

Das Verbundprojekt LaserLeichter wurde mit Mitteln des Bundes­ministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb der Förderinitiative „Photonische Verfahren und Werkzeuge für den ressourcen­effizienten Leichtbau“ gefördert. Die Projekt­betreuung erfolgte durch VDI Technologie­zentrum GmbH.

Forschungsprojekt UltraCaulk

Von 2014 bis 2018 war Matfem Partner im Projekt UltraCaulk über Ultraschall­unterstütztes Umformen und Verstemmen

Eine modulare Produkt­gestaltung erfordert flexible und kostengünstige Umform- und Fügetechnologien am Ende der Prozesskette. Verstemm­prozesse, die dem Fügen durch Umformen zuzuordnen sind, erfüllen diese Anforderungen und werden heute bereits zum Aufbau verschiedenster Produkte im Millionen­stückzahl­bereich erfolgreich eingesetzt. Die Einsatz­möglichkeiten von Verstemm­prozessen werden jedoch durch die für die Umformung benötigten hohen Prozesskräfte und die erforderliche gute Umformbarkeit des zu bearbeitenden Werkstoffes begrenzt. Eine viel­versprechende Möglichkeit, diese Limitierungen zu überwinden, besteht im Einsatz einer Ultraschall­überlagerung.

Ziel des Forschungs­projekts war die Entwicklung eines neuartigen hybriden Fertigungsv­erfahrens zum ultraschall­unterstützten Umformen und Verstemmen von Bauteilen aus Werkstoffen, die sich bislang schlecht oder nicht umformen lassen. Hierbei stehen vor allem hochfeste Stahl­werkstoffe sowie Aluminium-Gusswerkstoffe im Mittelpunkt. Neben der Erweiterung des Werkstoff­spektrums sollen auch die Prozesskräfte und damit die Bauteil­belastung während des Fügens durch Umformen mittels Ultraschall­überlagerung gesenkt werden. Die Vorteile der Ultraschall­überlagerung bei Verstemm- und Umform­prozessen ermöglichen es, bisherige Grenzen der umformenden Fertigungsverfahren zu überwinden, Prozessketten effektiver zu gestalten und neue Produkte mit verbesserten Funktionen herzustellen. Weiterhin sind signifikante Kosten­einsparungen durch Material­einsparung sowie den Ersatz bisher eingesetzter kostenintensiver Formgebungs- und Fügeverfahren wie z.B.: Fräsen oder Laser­schweißen möglich.

MATFEM hat im Rahmen des Projektes ein Material­modell zur Abbildung der Plastizität von Metallen unter Überlagerung von Ultraschall entwickelt und in das User-Materialmodell MF GenYld + CrachFEM integriert. Weitere Aktivitäten lagen in der verbesserten Modlelierung der Reibung zwischen Werkstück und Werkzeugen bei Ultraschall­einwirkung.

Das Verbundprojekt UltraCaulk wurde mit Mitteln des Bundes­ministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Rahmenkonzeptes „Forschung für die Produktion von morgen“ gefördert. Die Projekt­betreuung erfolgte durch den Projektträger Karlsruhe – Produktion und Fertigungs­technologien (PTKA-PFT).

Projekt NADIA

Von 2006 bis 2010 war MATFEM im EU-geförderten Projekt NADIA als Partner beteiligt. In diesem Projekt wurden Methoden zur CAE-basierten Auslegung von Bauteilen aus Leichtmetall­gusslegierungen im Automobilbau entwickelt. Dabei sollte das Bauteil durchgängig von der Gieß- und Erstarrungssimulation über die Wärmebehandlungssimulation bis hin zur Bauteilbelastung mit CAE-Methoden abgebildet und iterativ optimiert werden.

Neben der Weiterentwicklung und Verknüpfung von Simulationsmethoden wurden hier Modelle zur Vorhersage des makroskopischen Materialverhaltens aus dem lokalen Gefüge der Gusswerkstoffe erarbeitet.

Nadia Project

MATFEM war in diesem Projekt in zwei Work Packages vertreten: MATFEM entwickelte Materialmodelle und Simulationstechniken zur Modellierung von Gussbauteilen in der Fahrzeugstruktur bei Crash-Beanspruchung und zur Modellierung von Gussbauteilen im Verbrennungsmotor bei thermomechanischer Ermüdung. Dabei wurden jeweils die lokalen Materialeigenschaften aus dem Fertigungsprozess berücksichtigt.

Weiterführende Informationen:

  • NADIA Project
    New automotive components designed for and manufactured by intelligent processing of light alloys – offizielle Homepage