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Forschung

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Das Zentralinstitut für neue Materialien und Prozesstechnik (ZMP) der Universität Erlangen Nürnberg wurde 2006 als interdisziplinäre Forschungseinrichtung mit dem Ziel gegründet, interdisziplinäre Forschung zwischen den Werkstoffwissenschaften, dem Maschinenbau, der Chemie und der Physik gezielt zu fördern. Dabei stehen die Entwicklung neuer Werkstoffkonzepte und der entsprechenden Fertigungsmethoden im Fokus der Aktivitäten. Übergeordnetes Ziel ist es, Ideen aus der Grundlagenforschung der beteiligten Lehrstühle durch interdisziplinäre Forschung bis in das Prototypenstadium weiter zu entwickeln. Das betrachtete Werkstoffspektrum umfasst Leichtmetalle, Hochtemperatur­werkstoffe, Keramik und Kohlenstoff. Als Prozessrouten kommen verschiedene additive Fertigungsverfahren, Verfahren des Rapid Prototyping oder Pulver­spritzgießen zum Einsatz. Begleitet werden diese Verfahren durch moderne mikrostrukturelle Charakterisierungsverfahren und Bauteilcharakterisierunsgmethoden.

Derzeit lassen sich die Forschungsfelder am ZMP in sieben Forschungsgruppen untergliedern: Pulvermetallurgischer Spritzguss (Prof. Körner), Elektronenstrahlbasierte Additive Fertigung (Prof. Körner und Dr. Fu), Funktionale Kohlenstoff Allotrope (Prof. Hirsch und Dr. Hauke), Additive Fertigung vom Keramiken (Prof. Travitzky), zerstörungsfreie Werkstoff- und Bauteilprüfung (Prof. Göken und Dr. Höppel), Laserbasierte Additive Fertigung (Prof. Schmidt und Hr. Scheitler) und Diamantschichten (Dr. Rosiwal). Zudem befasst sich am ZMP das Anwenderzentrum VerTec mit neuen Materialien und Fertigungsprozessen für Komponenten in der Verfahrenstechnik (Prof. Körner und Prof. Wasserscheid). Durch die interdisziplinäre Ausrichtung der Aktivitäten der einzelnen Forschungsgruppen im Rahmen des ZMP wurden und werden vielfältige wissenschaftliche Fortschritte erzielt.

Partner:

Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik (Prof. Wassershed)
Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Technologie der Metalle
(Prof. Körner)
Neue Materialien Fürth GmbH

Das Anwenderzentrum VerTec entwickelt maßgeschneiderte Komponenten u.a. für Anwendungen in der Medizintechnik, Energietechnik oder Verfahrenstechnik. Im Mittelpunkt steht die Additive Fertigung von metallischen Bauteilen mittels selektivem Elektronenstrahlschmelzen. Anschließend ist eine katalytisch aktive Beschichtung der Strukturen möglich.

Partner:

Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Technologie der Metalle (Dr. Rosiwal)
DiaCCon GmbH

Die Arbeitsgruppe Diamantschichten beschäftigt sich mit der Heißdraht-Diamantabscheidung aus der Gasphase auf metallischen und keramischen Substraten. Mit Hilfe neuentwickelter Hochtemperatur-Zwischenschichten wird die haftfeste Beschichtung von Stahlbauteilen erforscht. Weiterhin erfolgt ein Up-Scaling zu höheren Wachstumsraten und Beschichtungsflächen.
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Partner:

Lehrstuhl für Glas und Keramik (Prof. Travitzky)

Additive Fertigung von Keramiken bezeichnet die Herstellung endkonturnaher Keramikbauteile durch das Aufschichten mehrerer Einzelschichten. Am ZMP werden hochkomplexe keramische Strukturen mittels der Verfahren Laminated Object Manufacturing (LOM) mit präkeramischen Papieren, Robocasting, Fused Deposition Modeling (FDM), Selective Laser Curing (SLC) oder Three-Dimensional Printing (3D-Printing) hergestellt.
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Partner:

Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Technologie der Metalle (Prof. Körner und Dr. Fu)
Neue Materialien Fürth GmbH

Ausgehend von CAD-Daten ermöglicht selektives Elektronenstrahlschmelzen (SEBM) im Metallpulverbett die endkonturnahe Herstellung nahezu beliebiger Bauteilgeometrien. Die Arbeit im Vakuum garantiert hierbei eine hohe Reinheit und Qualität der Produkte und erlaubt auch die Verarbeitung von hochschmelzenden oder reaktiven Werkstoffen wie z.B. Titan-, Kupfer- oder Nickelbasislegierungen.
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Partner:

Lehrstuhl für Organische Chemie II (Prof. Hirsch und Dr. Hauke)

Das ubiquitär verfügbare Element Kohlenstoff bildet die Basis für die Forschungstätigkeit der Arbeitsgruppe „Carbon Allotropes“. Neben den klassischen Kohlenstoffmodifikationen Graphit und Diamant stehen die synthetischen Kohlenstoffallotrope – Fullerene, Kohlenstoffnanoröhren und Graphen – im Mittelpunkt der aktuellen Materialforschung.
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Partner:

Lehrstuhl für Photonische Technologien (Prof. Schmidt und Hr. Scheitler)

Der Fokus liegt auf der Erforschung und Weiterentwicklung von laserbasierten, generativen Fertigungsverfahren wie beispielsweise dem Laserstrahlschmelzen von Metallen aus dem Pulverbett (LSS) und dem Laser-Pulverauftragschweißen (LPAS). Im Rahmen des SFB 814 – Additive Fertigung wird in der Arbeitsgruppe derzeit insbesondere das Laserstrahlschmelzen von Metallen aus dem Pulverbett erforscht.
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Partner:

Lehrstuhl für Allgemeine Werkstoffeigenschaften (Prof. Göken und Dr. Höppel)

Die Arbeitsgruppe „Werkstoff- und Bauteilprüfungbeschäftigt sich mit der in-situ Prüfung verschiedener Werkstoffsysteme. Das Großkammer-Rasterelektronenmikroskop (GK-REM) ermöglicht parallel zur mechanischen Prüfung die Untersuchung von mikrostrukturellen Veränderungen der Proben. Zudem ist auch eine zerstörungsfreie Untersuchung großer Bauteile möglich.

Partner:

Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Technologie der Metalle (Prof. Körner)

Das Metallpulverspritzgießen (Metal Injection Moulding, MIM) ist ein endkonturnahes Formgebungsverfahren zur Herstellung geometrisch komplexer Bauteile, das die Vorteile der Sinterwerkstoffe mit der Möglichkeit der Formgebung der Kunststoffspritzgießtechnik kombiniert. Hierbei wird Metallpulver mit einer organischen Binderphase gemischt, erwärmt und analog zum Kunststoffspritzguss in eine Form gespritzt. Es folgt das Herauslösen der Binderphase mit Hilfe von Lösungsmitteln und/oder thermischer Prozessführung und die Verdichtung des Pulvers durch einen sich anschließenden Sinterschritt. Das Wegfallen aufwändiger Nachbearbeitungsschritte und die Materialeinsparung machen diese Herstellungs­verfahren nach derzeitigem Stand der Technik zu einer kostengünstigeren Alternative gegenüber konventionellen Fertigungsprozessen. Pulvermetallurgisch hergestellte Bauteile werden heute in nahezu allen Bereichen der Technik eingesetzt.