FH-Impuls 2016 I: Impulsprojekt Smart-LIGHT "Smarte Druckguss Strategien durch Machine-Learning und innovative Fügeprozesse und Prüftechnologien für hybride Leichtbaukonstruktionen" im Gesamtvorhaben "Smarte Materialien und intelligente Produktionstechnologien für energieeffiziente Produkte der Zukunft (SmartPro)" der Hochschule Aalen

Abstract

Aufgrund der steigenden Bedeutung von Ressourcen- und Energieeffizienz wird die branchenübergreifende Schlüsseltechnologie Leichtbau für die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Unternehmen im globalen Markt eine entscheidende Rolle spielen. Hierbei werden innovative Fügetechnologien zur Herstellung von Multimaterialverbunden mit einem breiten Anwendungsspektrum wie z.B. im Fahrzeug- und Maschinenbau sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik als Gamechanger angesehen. Jedoch besteht vor dem Einsatz dieser Fügetechnologien und Multimaterialverbunde ein hoher F&E-Bedarf. Aufgrund dessen wurden im Vorhaben Smart-LIGHT die Qualitätssicherung von Druckguss- und Hybridbauteilen mittels zerstörungsfreier Charakterisierung sowie die Entwicklung von Machine-Learning-basierten Verfahren zur Fehlerdetektion untersucht. In diesem Zuge wurde ebenfalls ein erhöhter Recyclinggehalt durch die Zugabe von Eisen (Fe), Kupfer (Cu) und Zink (Zn) auf die Aluminiumlegierung AlSi10MnMg untersucht. Darüber hinaus wurden Verbindungstechniken für Multimaterialverbunde hinsichtlich verschiedener Oberflächen-vorbehandlungsstrategien und alternativer Fügeverfahren entwickelt und bewertet. Bei der Aluminiumlegierung AlSi10MnMg wurde gezeigt, dass erhöhte Recyclinganteile (Fe, Cu, Zn) die Zugfestigkeit und Streckgrenze meist konstant halten oder sogar steigern, während die Bruchdehnung in einigen Fällen leicht sinkt. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass die Guss- und Wärmebehandlungszustände (Gusszustand F, T5, T7) einen deutlich größeren Einfluss auf die Festigkeit und Dehnung als die Legierungsvariation haben. Des Weiteren wurden Grundlagen für eine automatisierte, KI-gestützte Auswertung von Ultraschallmikroskopiedaten an geschweißten Rohren erarbeitet und Messergebnisse zur zerstörungsfreien Spannungs- und Eigenspannungsanalyse eruiert werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass laserstrukturierte Oberflächen sowie ein angepasster Faservolumengehalt bzw. zusätzliche PA-Folien in hohen Zugscherfestigkeiten resultiert. Due to the increasing importance of resource and energy efficiency, the cross‑industry key technology of lightweight design will play a decisive role in the competitiveness of German companies on the global market. In this context, innovative joining technologies for the production of multi-material composites with a wide range of applications, for example in automotive and mechanical engineering as well as in aerospace, are regarded as game changers. However, before these joining technologies and multi-material composites can be used, there is a high need for research and development. For this reason, the Smart-LIGHT project investigated quality assurance of die-cast and hybrid components by means of non-destructive characterization as well as the development of machine-learning-based methods for defect detection. In this context, an increased recycling content through the addition of iron (Fe), copper (Cu) and zinc (Zn) to the aluminium alloy AlSi10MnMg was also examined. Furthermore, joining techniques for multi-material composites were developed and evaluated with regard to different surface pretreatment strategies and alternative joining processes. For the aluminium alloy AlSi10MnMg, it was shown that higher recycling contents (Fe, Cu, Zn) usually keep the ultimate tensile strength and yield strength constant or even increase them, while the elongation at break decreases slightly in some cases. In addition, it was demonstrated that the casting and heat treatment conditions (as-cast condition F, T5, T7) have a significantly greater influence on strength and elongation than the alloy variation. Moreover, the foundations for an automated, AI-supported evaluation of ultrasonic microscopy data on welded tubes were established, and measurement results for non-destructive stress and residual stress analysis were obtained. In addition, it was shown that laser-structured surfaces as well as an adapted fiber volume content or additional PA-films result in high shear tensile strengths.