Prof. Dr. Birgit Awiszus, Inhaberin der Professur Virtuelle Fertigungstechnik an der TU Chemnitz, leitet den Forschungsverbund „Simulationsbasiertes Eigenschaftsdesign entlang der kombinierten Prozesskette Ur- und Umformtechnik“ (SiPro).
Prof. Dr. Birgit Awiszus, Inhaberin der Professur Virtuelle Fertigungstechnik an der TU Chemnitz, leitet den Forschungsverbund „Simulationsbasiertes Eigenschaftsdesign entlang der kombinierten Prozesskette Ur- und Umformtechnik“ (SiPro). (Foto: TU Chemnitz )

Forschungs-Millionen für effizientere Prozesse bei der Fertigung metallischer Produkte

22.12.2021

Metall-Produkte mit geringerer Umweltbelastung effizienter herzustellen, ist Ziel eines Forschungsverbundes unter Leitung der Professur Virtuelle Fertigungstechnik der TU Chemnitz. Das Bundeswirtschaftsministerium fördert das Vorhaben mit rund 3,4 Millionen Euro.

Das Projekt mit der Bezeichnung „Simulationsbasiertes Eigenschaftsdesign entlang der kombinierten Prozesskette Ur- und Umformtechnik“ (SiPro) startet am 1. Januar 2022. Die Leitung hat Prof. Dr. Birgit Awiszus, Inhaberin der Professur Virtuelle Fertigungstechnik an der TU Chemnitz, inne. Zu den wissenschaftlichen Partnern gehören die Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik der TU Chemnitz, das Institut für Metallformung sowie das Stahlzentrum Freiberg e. V. der TU Bergakademie Freiberg und das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Aus der Industrie komplettieren sechs Unternehmen der stahlerzeugenden und stahlverarbeitenden Industrie, zwei Softwarehersteller von FEM-Systemen für Gieß- und Umformprozesse sowie als assoziierter Partner das Steinbeis-Forschungszentrum Fertigungs- und Werkstofftechnologien das Konsortium.

Weniger CO2 und mehr Ressourceneffizienz – Junge Menschen für MINT begeistern

Das Ziel von SiPro ist es, Energie- und Ressourceneinsparungen in der Prozesskette Ur- und Umformen zu identifizieren, um den CO2-Ausstoß während der Herstellung metallischer Produkte, die momentan noch sehr energieintensiv hergestellt werden, erheblich zu reduzieren. Dazu zählen große Bauteile, wie nahtlos gewalzte Ringe für den Einsatz in Getrieben von Windkraftanlagen, freiformgeschmiedete Wellen für den Anlagen- und Maschinenbau, Schmiedeprodukte für den Energiesektor sowie scheibenförmige Bauteile für die Wasserkraftindustrie.

„Ressourceneffizienz ist ja schon lange ein wichtiger Schwerpunkt im Maschinenbau. Deshalb ist es nur konsequent, wenn wir mit diesem Projekt auch einen wesentlichen Beitrag zur CO2-Reduktion leisten wollen“, sagt Professor Birgit Awiszus, die das Projekt koordiniert. „Zudem möchten wir mit dem Projekt auch junge Menschen ansprechen, die sich für den Klimaschutz engagieren wollen. Wir können so einen weiteren und mit dem Thema Klima und Ressourceneffizienz sehr aktuellen Baustein auch für ein zukünftiges Studienportfolio im MINT-Bereich bieten. Das schafft Perspektiven, um später aktiv neue Technologien zu entwickeln und bezüglich der vielfältigen Klimathemen die Wissenschaft kreativ zu unterstützen.“

Die Endeigenschaften der finalen Produkte nach dem Ur- und Umformen sollen dabei vergleichbar sein zu Produkten, die aktuell mittels konventioneller Prozessketten hergestellt werden. Um das zu erreichen, wird erstmalig die Prozesskette Ur- und Umformen ganzheitlich numerisch für industriell relevante Herstellungsrouten aufgebaut. Dabei wird die sogenannte mikrostrukturelle Werkstückentwicklung durch geeignete Werkstoffmodelle beschrieben und von der Urform-Simulation auf die Umform-Simulation übertragen.

Wichtiger Schritt für noch effektivere Prozessketten

Dafür sollen im Projekt SiPro eine simulationsbasierte Prozessketten-Optimierung zur Energie- und Ressourceneinsparung bei energieintensiven Verfahren sowie ein höherer Digitalisierungsgrad durch die Zusammenführung der notwendigen Prozessmodelle entwickelt werden. Durch den Einsatz und die Weiterentwicklung von Simulationssoftware für das Ur- und Umformen werden die verschiedenen Prozessketten optimiert und somit kostenintensive Energie-Einträge sowie Ausschuss verringert, um möglichst viel Energie zu sparen und die bei der Produktion entstehenden CO2-Emissionen deutlich zu verringern. Die Messergebnisse aus Labor und Praxis sowie die kalibrierten Simulationsergebnisse werden gemeinsam genutzt, um Optimierungspotenziale über alle Prozessschritte hinweg zu erarbeiten. Dieses Vorhaben legt wichtige Grundlagen für weitere Verfahren hin zu mehr Ressourceneffizienz und Optimierungen über die gesamte Wertschöpfungskette bei der Herstellung metallischer Produkte hinweg.