Interreg-Projekt n2m (nano to macro)

Im Rahmen des INTERREG Projektes Synthese, Charakterisierung und technologische Fertigungsansätze für den Leichtbau „n2m“ (nano to macro) wurde von den Projektpartnern der Paris-Lodron-Universität Salzburg (PLUS) und der Hochschule für angewandte Wissenschaften (HAW) Landshut ein gemeinsames, grenzüberschreitendes Forschungs- und Entwicklungszentrum für den Leichtbau aufgebaut. Damit ist es gelungen die naturwissenschaftliche Grundlagenforschung an der PLUS mit der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung am Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut (LLK) im Themenbereich des Leichtbaus zu verknüpfen.

Die Realisierung innovativer Leichtbaustrukturen erfordert einen skalenübergreifenden Ansatz von der Materialentwicklung mit der Untersuchung relevanter Grenzflächen und Volumeneigenschaften zur Charakterisierung und Simulation von Werkstoff- und Struktureigenschaften sowie der Entwicklung geeigneter Produktions- und Prozesstechniken. Um dieses Ziel zu erreichen, bestand die besondere Herausforderung des Projektes in der Verknüpfung interdisziplinärer Denk- und Forschungsansätze auf den Gebieten Materialchemie, Fertigungstechnik, Mechanik, Werkstofftechnik und -analytik. Anhand der gemeinsamen wissensbasierten Bearbeitung konkreter Problemstellungen in 3 Schwerpunktmodulen „Hybride Strukturen mittels T-RTM Verfahren (TeTIHS)“, „Laserbasiert gefügte Leichtmetallstrukturen (LasLei)“ und „Gekerbte und umgeformte Magnesiumfeinblechstrukturen (MagForm)“ konnte eine solche Verknüpfung erfolgreich realisiert werden.

Mit der Beschaffung eines Transmissionselektronenmikroskops an der PLUS, einer Laserschweißanlage, einer Heizpresse, einem Vibrationspoliergerät und einem Wärmebehandlungsofen am LLK Landshut wurden im Rahmen des Projektes die Forschungsmöglichkeiten der beiden Einrichtungen signifikant erweitert. Durch die Schaffung eines gemeinsamen Zentrums, wird den dort zusammengeführten Partnern ein grenzüberschreitender Zugang zu den jeweiligen Einrichtungen ermöglicht. Damit werden die Forschung und Zusammenarbeit in der Region auch nach Abschluss des Projekts sichergestellt. Die Spitzenforschung und langfristige Kooperationen werden durch diese Aktivitäten nachhaltig unterstützt und vertieft.

Die Einrichtung des Zentrums hat bereits die Einbindung weiterer neuer Partner in der Region und über die Region hinaus ermöglicht (TU Bergakademie Freiberg, FH Kuchl, PLUS – Center for Human Computer Interaction, Universität Magdeburg, Universität Erlangen-Nürnberg, LKR Ranshofen, TU München). Darüber hinaus wurden bis zum Ende der Projektlaufzeit 6 Anschlussprojekte genehmigt, aus denen 11 wissenschaftliche Vollzeitstellen hervorgegangen sind. Unter anderen wurde ein von der PLUS und dem LLK gemeinsam eingereichter DACH-Antrag beim Fond zur Förderung wissenschaftlicher Forschung (FWF, Lead Agency) und der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligt, aus dem 2 weitere wissenschaftliche Vollzeitstellen geschaffen werden.

Durch das bayerisch-österreichische Forschungs- und Entwicklungszentrum gewinnen die beiden Hochschulstandorte Landshut und Salzburg an Attraktivität für Studierende und Forschende. Projekt- und Abschlussarbeiten, Praktika, Workshops und kooperative Promotionen sind länderübergreifend möglich. So trägt diese grenzüberschreitende Partnerschaft auch bereits erste Früchte. 

Eine, in Kooperation durchgeführte Promotion befasste sich mit der Charakterisierung und Modellierung von Magnesium, um dieses in der Industrie nutzen zu können. Magnesium gehört zu einem der leichtesten metallischen Konstruktionswerkstoffe, der aufgrund seiner komplexen Mikrostruktur (hexagonal dicht gepackte Kristallstruktur) große Herausforderungen an die Produktentwicklung und Fertigung stellt. Durch die Charakterisierung und Modellierung des Betriebsfestigkeitsverhaltens wird der Werkstoff berechenbar, eine Grundvoraussetzung, um das hohe Leichtbaupotenzial des Magnesiums industriell nutzen zu können. Die Betreuung dieser Promotionsarbeit oblag Prof. Dr. Otto Huber seitens der Hochschule Landshut und Prof. Dr. Oliver Diwald seitens der Universität Salzburg.

Ebenfalls, im Rahmen des n2m-Projekts erfolgreich abgeschlossen wurde eine Dissertation, unter Betreuung von Prof. Dr. Holger Saage, Professor am LLK der Hochschule Landshut und Prof. Dr. Mathias Göken, Universität Erlangen-Nürnberg. Diese setzte sich mit dem korrosiven und thermo-mechanischen Verhalten von intermetallischen Titan-Aluminium-Verbindungen auseinander. Verbindungen, die sehr leicht und für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet sind und so beispielsweise Anwendung bei Turbinenschaufeln finden. 

Des Weiteren befasst sich derzeit eine aktuell dritte Promotionsarbeit, unter Obhut von Prof. Dr. Hubert Klaus, ebenfalls Professor am LLK und Prof. Dr. Nicola Hüsing, Universität Salzburg, mit einem recyclefähigen thermoplastischen Werkstoffverbund. Neuartige Sandwichstrukturen mit einem Kern aus einer Polyamid 6 Matrixstruktur und eingebettetem Granulat aus Altglas sowie glasfaserverstärkten Deckschichten, versprechen vielfältige Einsatzmöglichkeiten, wie beispielsweise bei Skateboards oder in der Fahrzeugkarosserie. Gleichzeitig sollen diese durch Aufschmelzen der Bestandteile wieder getrennt und wiederverwendet werden können.  

Im Rahmen des Projekts n2m wurden 5 gemeinsame Artikel in internationalen peer-reviewed Fachzeitschriften zu n2m-Themen publiziert ¹²³⁴⁵. Von 3 kooperativen Promotionsprojekten konnten bereits 2 erfolgreich abgeschlossen werden ⁶⁷. Das Projekt wurde im Rahmen von wissenschaftlichen Konferenzen, grenzüberschreitende Tagungen und Workshops präsentiert. So konnte bspw. beim 9. Landshuter Leichtbau-Colloquium, 27./28.2.2019 mit dem Titel „Leichtbau in Forschung und industrieller Anwendung von der Nano- bis zur Makroebene“ aus dem n2m-Projekt 5 Fachvorträge und 5 Tagungsbandbeiträge, ein n2m-Stand und Laborführungen beigetragen werden. Darüber hinaus fanden intensive Präsentationsaktivitäten für Schüler, Öffentlichkeit, Forschungseinrichtungen und Unternehmen statt.

¹ J. Denk, A. Nischler, L.C. Whitmore, O. Huber, H. Saage, Discontinuous and inhomogeneous strain distributions under monotonic and cyclic loading in textured wrought magnesium alloys, Mater. Sci. Eng. A, 764, 138182, 2019; 

² L.C. Whitmore, J. Denk, G.A. Zickler, G.R. Bourret, O. Huber, O. Diwald, N. Huesing, Macro to nano: a microscopy study of a wrought magnesium alloy after deformation, Eur. J. Phys., 40, p. 1-24, 2019;

³ L.C. Whitmore, J. Denk, G.A. Zickler, G.R. Bourret, O. Huber, H. Saage, O. Diwald, N. Huesing, Microstructural investigation of twin-roll cast magnesium AZ31B subjected to a single monotonic compressive stress, J. Alloys Compd., 789,  p. 1022-1034, 2019;

⁴ C. Löffl, H. Saage, M. Göken, In situ X-ray tomography investigation of the crack formation in an intermetallic beta-stabilized TiAl-alloy, Int. J. Fatigue, 124, p. 138-148, 2019;

⁵ J. Denk, L.C. Whitmore, O. Huber, O. Diwald, H. Saage, Concept of the highly strained volume for fatigue modeling of magnesium alloys, Int. J. of Fatigue, 117, p. 283-291, 2018;

⁶ J. Denk, Model for the Fatigue Behavior of Wrought Magnesium Structures Based on Mechanical and Microstructural Characterization, Dissertation, Paris Lodron University Salzburg, 2019, ISBN: 978-3-9818439-2-7, urn:nbn:de:bvb:860-opus4-1851;

⁷ C. Löffl, Experimentelle und analytische Untersuchung des Schädigungsverhaltens einer TiAl-Legierung durch mechanische, korrosive und thermische Beanspruchung, Dissertation, Universität Erlangen-Nürnberg, 2020, urn:nbn:de:bvb:29-opus4-132433;