Im Juli 2008 ist mit Unterstützung des Ministeriums für Bildung, Wissenschaft, Jugend und Kultur des Landes Rheinland-Pfalz an der TU Kaiserslautern der Forschungsschwerpunkt "Advanced Materials Engineering" eingerichtet worden. Neben dem FBK sind weitere Institute des Fachbereichs Maschinenbau sowie des Fachbereichs Informatik und zwei An-Institute der TU Kaiserslautern im Forschungsschwerpunkt tätig.

Die Gruppe der hoch- und höchstfesten Stähle, Leichtmetalllegierungen, Hybridmaterialien wie Faser-Kunststoff-Verbunde oder Metal-Matrix-Composites gehören zu den wichtigsten Werkstoffen im Bereich des Leichtbaus. Die genannten Werkstoffgruppen sind die Schlüsselwerkstoffe für zukünftige Leichtbaulösungen z.B. in der Verkehrstechnik. Wesentlich für einen erfolgreichen Einsatz dieser Werkstoffe ist eine hochgradig vernetzte Anwendung von Experiment, Modellierung und Simulation bei der Entwicklung der neuen Produkte und der zugehörigen Produktionsprozesse. Das Ziel von AME ist es daher, das Zusammenspiel von Experiment, Modellierung und Simulation beispielhaft zu entwickeln, um einen zuverlässigen und wirtschaftlichen Betrieb von Anlagen und Systemen sowie neue Funktionseigenschaften zu ermöglichen. Dazu soll im Laufe des Förderzeitraumes des Forschungsschwerpunktes AME ein "Augmented Materials Laboratory (AML)" entstehen, in dem experimentelle und modellbasierte Arbeiten der beteiligten Arbeitsgruppen und Forschungseinrichtungen am Rechner zusammengeführt und die experimentellen Ergebnisse validiert werden. Die geplanten Arbeiten leisten einen wesentlichen Beitrag für innovative Produktentwicklungen in High-Tech-Branchen wie der Automobil-, Flugzeug-, Bio- und Medizinindustrie.

Die Arbeitsgemeinschaft Zerspanung wurde 2019 mit dem Ziel gegründet, durch einen regelmäßigen wissenschaftlichen Austausch die Weiterentwicklung der spanenden Fertigung in Forschung und Lehre zu bündeln sowie gemeinsame Initiativen ihrer Mitglieder zu entwickeln.Die Zerspanung ist die in der Metallverarbeitenden Industrie am weitesten verbreitete Fertigungstechnik. Mit spanenden Technologien werden eine große Vielfalt von Werkstoffen bearbeitet sowie vielfältige Bauteilgeometrien erzeugt. Von großen Teilen wie Turbinen und Motoren für die Erzeugung elektrischer Energie, über Werkzeuge und Formen bis hin zu optischen Komponenten und Mikrobauteilen für die Medizintechnik reicht das Spektrum der mittels spanender Verfahren bearbeiteten Produkte.Dabei haben die miteinander verknüpfte Entwicklung von Werkstoffen, Werkzeugen, Prozessen und Werkzeug­maschinen in Verbindung mit einer zunehmenden Integration von Mess- und Sensortechnik sowie der Infor­mations­technik zur stetigen Erweiterung des Einsatzspektrums spanender Technologien geführt.

Die Arbeitsgemeinschaft Zerspanung hat sich zum Ziel gesetzt, die Leistungsfähigkeit spanender Fertigung durch die Forschung weiter voranzutreiben, indem der wissenschaftliche Austausch auf diesem Gebiet gezielt vertieft wird sowie gemeinsame Initiativen zur Förderung wichtiger Forschungsthemen entwickelt werden. Schwerpunkt ist dabei die Förderung der Forschung zur spanenden Fertigung und interdisziplinären Schwerpunktgebieten mit Betonung des Zusammenführens von wissenschaftlichen Grundlagen und produktionstechnischen Anwendungen. Damit werden abgestimmt und zielgerichtet die Voraussetzungen für den Einsatz immer produktiverer Verfahren in der Wirtschaft geschaffen.

Die Lehre der in der Arbeitsgemeinschaft mitwirkenden Lehrstühlen und Professuren bildet eine wesentliche Grundlage für die Vermittlung von Kenntnissen und Methoden zur weiteren Entwicklung des Fachgebiets an die nachwachsenden Fachkräfte. Durch die Abstimmung von Lehrinhalten werden sowohl eine sichere Vermittlung von grundlegendem Fachwissen als auch die Ausbildung in wissenschaftlichen Schwerpunkten an den verschiedenen Standorten unterstützt.

Die Mitglieder der Arbeitsgemeinschaft Zerspanung befördern den Austausch und die Zusammenarbeit mit der Industrie und anderen Bereichen der Wirtschaft und der öffentlichen Hand durch die Mitwirkung in Transfer- und Verbundprojekten sowie durch Angebote zur fachlichen Weiterbildung sowie zu öffentlichen Informations­veranstaltungen.

Die Arbeitsgemeinschaft Zerspanung unterstützt die internationale Zusammenarbeit mit ausländischen Institutionen, Verbänden o. ä. bei der Ausbildung und Förderung von Studenten, bei Forschung und Forschungs­förderung und beim Technologietransfer.

Das Anwendungszentrum für additive Fertigung (AAF) wurde 2020 als Teil des Lehrstuhls für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation (FBK) der Technischen Universität Kaiserslautern gegründet. Die Förderung des AAF stammt aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Landes Rheinland-Pfalz. Den Kern des Anwendungszentrums bildet eine neuartige Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißanlage, die Additive Fertigung bei deutlich gesteigerten Aufbauraten ermöglicht. Das AAF steht neben seinen Aufgaben in der Forschung interessierten Unternehmen als Ansprechpartner für sämtliche Themen der additiven Fertigung zur Verfügung.

Das Laboratory for Ultra-Precision and Micro Engineering (LPME) ist ein neues Forschungsgebäude an der TU Kaiserslautern, das 2023 bezugsfertig sein wird. In dem Forschungsgebäude werden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Physik und Informatik an dem grundlegenden Verständnis der komplexen Skaleneffekte und Wechselwirkungen forschen, durch die Herstellung und Charakterisierung auf der Ebene der Ultrapräzisions- und Mikrotechnologien definiert werden.

Die Ultrapräzisions- und Mikrotechnologie gehört zu den Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Ob in der Medizintechnik, der Optik oder bei Konsumgütern des täglichen Lebens, Ultrapräzisions- und Mikrotechnologien kommen immer öfter zum Einsatz. Dank ihnen ist es möglich, Oberflächen von Bauteilen im Mikrobereich herzustellen, sie zu untersuchen und mit neuen Eigenschaften auszustatten. Die Ultrapräzisions- und Mikrotechnologien sind stark durch Skaleneffekte geprägt. Die physikalischen Effekte, die bei der Herstellung und Charakterisierung zum Tragen kommen, unterscheiden sich deutlich vom Makrobereich. So ist das Verhalten typischer Werkstoffe auf der Mikroskala inhomogen und anisotrop, elektrische und elektrostatische Effekte (z. B. van-der-Waals-Kräfte) sind bedeutend für das Fertigungsergebnis, messtechnisch sind Dimensionen zu erfassen, bei denen physikalische Effekte (z. B. Beugung) berücksichtigt werden müssen, die im Makrobereich nicht relevant sind. Diese Skaleneffekte müssen auch in Modellierung, Simulation und Visualisierung der Ergebnisse berücksichtigt werden und erfordern auch hier neue wissenschaftliche Vorgehensweisen.

Übergeordnetes Ziel und erwartetes Forschungsergebnis ist ein grundlegendes Verständnis der komplexen Skaleneffekte und Wechselwirkungen, durch die Herstellung und Charakterisierung auf der Mikroebene definiert werden. Dieses Verständnis wird es erlauben, Herstellprozesse zu beherrschen, die Bauteilqualität mit hoher Sicherheit zu prognostizieren und in der Folge völlig neue Anwendungen für die Ultrapräzisions- und Mikrotechnologie zu erschließen.

Die geplanten Forschungsarbeiten werden in vier interdisziplinären Forschungsschwerpunkten durchgeführt, die miteinander vernetzt sind und die Kompetenzen aus Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Physik und Informatik in einer gemeinsamen Forschungsprogrammatik zusammenführen.

1. HERSTELLUNG

Untersuchung trennender und additiver Verfahren zur Mikrostrukturierung von Oberflächen, Beschichtung von Mikrostrukturen und ultrapräzisen Herstellung von Komponenten aus verschiedenen Werkstoffklassen.

2. CHARAKTERISIERUNG

Erforschung funktionswichtiger Eigenschaften der gefertigten Bauteile, insbesondere der Bauteilrandschicht. 

3. MODELLIERUNG UND SIMULATION

Entwicklung neuartiger Simulationsverfahren, welche die Besonderheiten der Ultrapräzisions- und Mikrobearbeitung berücksichtigen.

4. ANWENDUNG

Realisierung wissenschaftlicher und prototypischer industrieller Anwendungen in Medizintechnik, Optik, Mikro-Elektromechanischen-Systemen (MEMS), Maschinenbau und Fahrzeugtechnik.

Ziel des TRR 375 ist es eine neue Klasse an Bauteilen zu etablieren: multifunktionale Hochleistungskomponenten. Diese bestehen aus hybriden porösen (kurz: HyPo) Materialien, die durch eine Kombination unterschiedlicher metallischer Werkstoffe und die gezielte Einbringung von Poren charakterisiert sind.

Komponenten aus HyPo-Werkstoffen weisen eine lokal variierende Dichte, etwa in Form einer gradierten Porosität, und lokal speziell auf den Anwendungsfall abgestimmte mechanische und thermische Eigenschaften auf. Zusätzlich sollen sie ergänzende Funktionen erfüllen, unter anderem durch in die Komponenten integrierte Sensoren. Die Sensoren können z. B. zur permanenten Selbstüberwachung genutzt werden, wodurch eine komplette Belastungshistorie der Komponente bis hin zu ihrem drohenden Ausfall aufgezeichnet, ihre Lebensdauer bestimmt und somit vollständig ausgenutzt werden kann.

Im Fokus des Sonderforschungsbereichs steht die Methodenentwicklung zur Berechnung, Auslegung, Konstruktion, Fertigung und Charakterisierung von Komponenten aus HyPo-Werkstoffen. Um die zugrundeliegenden Fragestellungen zu beantworten, verfolgt der Sonderforschungsbereich einen interdisziplinären Ansatz. Im TRR 375 arbeiten Forschende aus den Disziplinen Fertigungstechnik, Werkstofftechnik, Messtechnik, Mechanik, Konstruktion und Informatik gemeinsam an dem Verständnis zur Werkstoffauslegung, Entwicklung und Fertigung von multifunktionalen Hochleistungskomponenten. Damit wird eine wissenschaftliche Fragestellung adressiert, die einen bedeutenden Beitrag zur Ressourceneffizienz und zur ökologischen Nachhaltigkeit von Produkten und Produktionsprozessen leisten kann. Darüber hinaus können HyPo-Werkstoffe durch bauteilintegrierte Sensorik auch eine bessere Produktsicherheit ermöglichen und zur produktintegrierten Datenerfassung im Kontext der Digitalisierung beitragen.