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.

Die Oberfläche eines Bauteils hat entscheidenden Einfluss auf seine Funktion und Lebensdauer. Der SFB 926 erarbeitet in einer interdisziplinären Kooperation zwischen Maschinenbau, Verfahrenstechnik und Oberflächenphysik wissenschaftliche Grundlagen der Erzeugung, Charakterisierung und Anwendung funktionsspezifischer Bauteiloberflächen. Dabei erfolgt eine Fokussierung auf mikroskalige Prozesse und Verfahren. Die zentrale Rolle im SFB 926 spielt die Morphologie der Bauteiloberfläche. Sie ist definiert durch die geometrische Gestalt (Topografie), ihren mikrostrukturellen Aufbau sowie ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften. Ein wesentliches Ziel des SFB 926 ist es, Oberflächenerzeugungs-Morphologie-Eigenschafts Beziehungen (OMEB) zu erforschen, die es erlauben, vom Herstellverfahren und seinen Prozessparametern direkt auf das Einsatzverhalten eines Bauteils zu schließen. Umgekehrt erlaubt es die Kenntnis der OMEB, aus funktionellen Anforderungen an ein Bauteil, ein optimales Bauteildesign abzuleiten.

Der SFB 926 gliedert sich methodisch in die Projektbereiche:

• Modellierung und Simulation
• Erzeugung und experimentelle Charakterisierung
• Anwendungen

Diese werden jeweils thematisch in den Querschnittsgruppen: Spanende Mikrostrukturierung von Bauteiloberflächen, Partikel an Bauteiloberflächen, Phasenumwandlungen an Bauteiloberflächen abgebildet. Es werden OMEB erforscht, die neue industrielle Anwendungen ermöglichen und bestehende besser beherrschbar machen. Damit wird eine wissenschaftliche Fragestellung adressiert, deren erfolgreiche Bearbeitung in der Industrie wesentliche Impulse setzen und so ein erhebliches volkswirtschaftliches Potenzial erschließen kann.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat zum 1. Juli 2014 die erste Förderperiode für das Internationale Graduiertenkolleg (IRTG) bewilligt. Das Thema lautet "Physikalische Modellierung für virtuelle Fertigungssysteme und -prozesse". Die Partneruniversität der TUK ist die University of California mit den Standorten Berkeley und Davis. Der Studiengang ist das erste internationale Graduiertenprogramm im Bereich der Produktionstechnik in Deutschland. Die zweite Förderperiode ist nun bewilligt und hat im Januar 2019 für weitere 4,5 Jahre begonnen.

Ziel der Forschung im Graduiertenkolleg ist es, die Planung der Produktion auf eine neue Basis zu stellen. Schon heute wird die Produktion von einer einzelnen Maschine bis hin zu einer kompletten Fabrik mit Hilfe von Computermodellen geplant. Diesen Modellen fehlt jedoch eine Beschreibung der tatsächlichen physikalischen Eigenschaften. Auf der Grundlage von Modelle, die die physikalischen Eigenschaften abbilden, wird es möglich sein, wichtige Eigenschaften einer Produktionslinie wie die Qualität der Produkte oder den Energieverbrauch einer Fabrik im Voraus zu berechnen und gezielte Verbesserungen vorzunehmen. Dabei sollen insbesondere die physikalischen Wechselwirkungen der drei Ebenen Fabrik, Maschine und Prozess berücksichtigt werden.

Inhaltlich wird das Thema vor allem von zwei Disziplinen getragen: Ingenieurwissenschaften und Informatik. Durch die Anwendung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse und fortschrittlicher computergestützter Methoden in Verbindung mit physikalischen Modellen auf einem bisher nicht realisierten Niveau werden Technologien und Methoden gefördert, die zur Planung und Optimierung von Fertigungssystemen und -prozessen eingesetzt werden können. Als Ergebnis werden sowohl ein grundlegendes Verständnis als auch umfangreiche Systeme, Werkzeuge und Berechnungsalgorithmen zur Verfügung stehen, die die Integration fortgeschrittener Berechnungsmethoden zur Lösung von Problemen von Fertigungssystemen und -prozessen deutlich verbessern.

Neben dem exzellenten Forschungsprogramm zeichnet sich das Internationale Graduiertenkolleg durch ein einzigartiges Ausbildungs- und Betreuungskonzept für die beteiligten Studierenden aus. Es ermöglicht unseren Studierenden nicht nur, innerhalb von drei Jahren in ihrem jeweiligen Forschungsgebiet zu promovieren, sondern gibt ihnen auch die Möglichkeit der Ausbildung von Schlüsselqualifikationen sowie des nahtlosen Austauschs von wissenschaftlichen Erkenntnissen und Mitarbeitern auf allen Ebenen und in allen Disziplinen. So sind die Vorlesungen speziell für die einzelnen Forschungsbereiche für Doktoranden konzipiert, in denen Hintergrundinformationen und aktuelle Methoden für das IRTG vermittelt werden.

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.