Zentrales wissenschaftliches Ziel des SFB/TRR 375 ist die Etablierung einer neuen Klasse von Bauteilen: multifunktionale Hochleistungsbauteile aus hybriden porösen (HyPo) Materialien. HyPo-Bauteile werden durch die Kombination verschiedener Materialien mit lokal unterschiedlicher Dichte, z. B. in Form von Poren, hergestellt und erfüllen mehr als eine Funktion gleichzeitig. Ihre funktionale Leistungsfähigkeit ist eng mit dem Material bzw. dem Materialzustand und den daraus resultierenden Materialeigenschaften verknüpft. Aufgrund der hohen technischen Relevanz und der guten Recyclingfähigkeit wird der SFB/TRR seine Forschung auf metallische Werkstoffe konzentrieren.
Durch die lokale Variation der Dichte erreichen HyPo-Bauteile eine deutliche Gewichtsreduzierung in niedrig beanspruchten Bereichen, was zu einer verbesserten Leistungsfähigkeit führt, insbesondere bei dynamischer Beanspruchung. Der hybride Werkstoffansatz bietet weitere Vorteile, indem er die gezielte Einstellung werkstoffspezifischer Eigenschaften ermöglicht. So können z. B. hoch beanspruchte Bereiche verstärkt werden, um die Festigkeit zu erhöhen, während thermisch beanspruchte Bereiche eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweisen können.
Der SFB/TRR erweitert diese Ansätze um den Aspekt der Multifunktionalität, so dass HyPo-Bauteile im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen eine deutliche Leistungssteigerung erreichen. So eröffnet beispielsweise die Integration von Bereichen mit variablen magnetischen Eigenschaften Möglichkeiten zur Schaffung von Sensorsystemen innerhalb der Bauteile selbst. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein umfassendes Verständnis von HyPo-Strukturen das Bauteildesign durch die Berücksichtigung von Dichtevariabilität, Materialeigenschaften und Multifunktionalität erweitert und das anwendungsoptimierte Produktdesign auf eine neue Ebene hebt.
Die zugrundeliegenden wissenschaftlichen Fragestellungen sind hochgradig interdisziplinär. Um umfassende Erkenntnisse zur Herstellung, Auslegung und Charakterisierung von HyPo-Bauteilen zu gewinnen, ist eine enge Zusammenarbeit zwischen den Disziplinen Fertigungstechnik, Werkstofftechnik, Messtechnik, Mechanik, Konstruktion und Informatik erforderlich. Nur durch diese interdisziplinäre Zusammenarbeit kann ein grundlegendes Verständnis der Eigenschaften und Zusammenhänge zwischen Fertigungsparametern und Materialeigenschaften erreicht werden.
Multifunktionale hybride und poröse Hochleistungsbauteile sollen in Zukunft einen wesentlichen Beitrag zu ressourcenschonenden und umweltfreundlichen Produkten und Herstellungsverfahren leisten. Sie werden die Energieeffizienz und Leistungsfähigkeit einer Vielzahl von Produkten verbessern, die Produktsicherheit durch bauteilintegrierte Sensorik gewährleisten und die Datenerfassung im Rahmen der Digitalisierung erleichtern.