Magazin

WIE KÜNSTLICHE INTELLIGENZ MATERIALALTERUNG SICHTBAR UND VORHERSAGBAR MACHT | Korrosion stellt moderne Industrien vor große Herausforderungen. Ob in der Luft- und Raumfahrt, im Schiffbau, in der Automobilindustrie oder in der Offshore-Windenergie – materialbedingte Alterungsprozesse verursachen hohe Kosten, Sicherheitsrisiken und aufwendige Prüfverfahren. Genau hier setzt das Projekt INKA an: Mit Hilfe von künstlicher Intelligenz sollen Korrosionsprozesse nicht nur automatisiert erkannt, sondern perspektivisch auch vorhergesagt werden.

Im Projekt „CO₂ Adhesive“ wird CO₂ mithilfe bereits verfügbarer, einfacher Ausgangsstoffe unter milden Bedingungen vor allem bei Normaldruck (1 atm) chemisch gebunden und in einen nutzbaren Werkstoff überführt. Der Fokus des Projekts liegt auf der ganzheitlichen Betrachtung der Wertschöpfungskette: von den Grundstoffen über die Synthese von Rohstoffen bis hin zur Entwicklung funktionaler Materialien.

NACHHALTIGE DISPERSIONSFARBEN MIT VERBESSERTER UMWELTBILANZ | Konventionelle Dispersionsfarben basieren meist auf acryl- oder methacrylsäurebasierten Harzen fossilen Ursprungs. Im Projekt »Umweltfreundliche Wandfarben auf Basis biobasierter Rohstoffe (WUBB)« wird untersucht, wie sich chemisch ähnliche Rohstoffe aus biologischen Quellen einsetzen lassen, um eine Wandfarbe mit verbesserter Umweltbilanz zu entwickeln. Dabei wird der gesamte Lebenszyklus der Farbe von der Rohstoffgewinnung bis zur Entsorgung betrachtet, um ökologische Auswirkungen gezielt zu reduzieren.

Der ODCC – Offshore Drohnen Campus Cuxhaven – stellt einen Standort zur gemeinschaftlichen anwendungsorientierten Entwicklung und Erprobung von Offshore-UAS (Unmanned Aircraft System, dt. Drohnen) und deren Einsatzkonzepten dar. Hierbei liegt der Fokus des Fraunhofer IFAM auf Fragestellung der Wartung und Inspektion sowie Instandhaltung und Überwachung wichtiger maritimer Strukturen einschließlich regulatorischer Rahmenbedingungen.

LADEMANAGEMENT FÜR ELEKTRO-FAHRZEUGFLOTTEN – SOLVER-BASIERT; INDIVIDUELL UND KOSTENEFFIZIENT | Die Expertinnen und Experten des Bereichs »Forschungsdaten« am Fraunhofer IFAM nutzen eine eigens entwickelte Simulationsumgebung, um für individuelle Szenarien die kosteneffizientesten Lösungen für den Betrieb von Elektroflotten am Standort zu ermitteln.

E-AUTOS ALS ROLLENDE LADESTATIONEN: Im Forschungsprojekt »ROLLEN« hat das Fraunhofer IFAM gemeinsam mit Partnern gezeigt, wie Elektrofahrzeuge mit bi-direktionaler Ladetechnologie überschüssige Energie aus Photovoltaikanlagen speichern und gezielt weitergeben können – an Gebäude, andere Elektrofahrzeuge oder sogar ins öffentliche Stromnetz.

ELEKTROCHEMISCHE RÜCKGEWINNUNG KRITISCHER ROHSTOFFE AUS ABWÄSSERN | Die effiziente Rückgewinnung von kritischen Rohstoffen aus Batterien und Produktionsabfällen ist eine große Herausforderung der modernen Batterieindustrie. Im MeGaBat-Projekt entwickeln wir eine nachhaltige, kostengünstige und emissionsarme Technologie zur elektrochemischen Rückgewinnung von Lithium, Kobalt und anderen kritischen Rohstoffen aus wässrigen Quellen (Abwässern) bis zu Produktionsausschüssen. Unser Ziel: Die Etablierung eines flexiblen, skalierbaren Prozesses, der die Kreislaufwirtschaft der Batterieindustrie vorantreibt und dabei neue Konzepte zur Weiterentwicklung des Urban Mining beiträgt.

Kernfusion gilt als vielversprechende Option für eine klimaneutrale Energieversorgung der Zukunft. Das Fraunhofer IFAM arbeitet an zentralen Technologien – von innovativen Materialien über skalierbare Fertigungsverfahren bis hin zu Qualitätssicherung und Energiesystemanalyse – und trägt so maßgeblich zur Entwicklung zukünftiger Fusionskraftwerke bei.

MAßSTÄBE SETZEN: DEKARBONISIERUNG UND KREISLAUFWIRTSCHAFT FÜR EINE NACHHALTIGE ZUKUNFT | Fraunhofer IFAM setzt mit dem RE_SORT-Projekt neue Maßstäbe in der Kreislauffähigkeit von Rotorblättern. Durch innovative Pyrolyse-Verfahren wird ein wirtschaftliches Recycling von Faserverbundstrukturen ermöglicht, was entscheidend zur Dekarbonisierung und nachhaltigen Energiegewinnung beiträgt. Erfahren Sie, wie wir einen Beitrag dazu leisten, die Windenergie zukunftsfähig zu gestalten.

FUNKTIONSINTEGRATION IN FASERVERSTÄRKTE KUNSTSTOFFE | Am Fraunhofer IFAM können mittels Functional Printing-Technologien diverse Flugzeugbauteile und Komponenten funktionalisiert werden. So können gedruckte Leiterbahnen und Sensoren zur Temperatur, Dehnungs- oder Impactmessung sowie Heizstrukturen in faserverstärkte Kunststoffe für den Luftfahrtbereich eingebracht werden.

EFFIZIENTE KÜHLUNG FÜR HOCHDREHZAHLANTRIEBE | Brennstoffzellensysteme stellen hohe Anforderungen an die Komponenten des Luftpfads, da die zuverlässige Versorgung des Stacks mit Sauerstoff entscheidend für die Leistungsfähigkeit ist. Besonders elektrische Luftverdichter müssen dabei hohe Drehzahlen erreichen, was zu einer starken Wärmeentwicklung führt und die Effizienz sowie die Lebensdauer des Systems beeinflussen kann. Am Fraunhofer IFAM wurde daher ein elektrischer Luftverdichter mit integrierter Flüssigkeitsinnenkühlung entwickelt. Durch ein gezielt ausgelegtes Kühlsystem kann die entstehende Wärme direkt im Rotor über die Welle abgeführt werden, wodurch kritische Temperaturbereiche vermieden werden. Ziel ist es, die Leistungsdichte und Zuverlässigkeit von Brennstoffzellensystemen deutlich zu erhöhen und gleichzeitig den sicheren Betrieb bei hohen Drehzahlen zu gewährleisten.

Die Effizienz elektrischer Antriebe ist ein entscheidender Faktor für die Leistungsfähigkeit moderner Elektromotoren. Insbesondere bei Asynchronmaschinen besteht Potenzial zur weiteren Steigerung des Wirkungsgrads. Im Projekt „UltraHybro“ des Fraunhofer IFAM wurde untersucht, wie durch den Einsatz von Hybridrotoren die elektromagnetischen Eigenschaften von Elektromotoren gezielt verbessert werden können. Dabei kamen innovative Fügetechnologien zum Einsatz, um unterschiedliche Materialien im Rotor optimal zu kombinieren. Ziel des Projekts war es, mit der Fügetechnologie Ultraschallschweißen Hybridrotoren herzustellen, wodurch die Energieverluste in elektrischen Maschinen reduziert und deren Effizienz nachhaltig erhöht werden können.

Mit dem Projekt UAS-L-USSP HB wird in Bremen ein prototypisches System für einen zukünftigen U-Space Service Provider (USSP) aufgebaut. Als zentrale Instanz ermöglicht der USSP die sichere und effiziente Integration unbemannter Luftfahrzeuge (UAS) in den bestehenden Luftverkehr gemäß den EU-Verordnungen 2019/945, 2019/947 und 2021/664. Ziel des Projekts ist die Vorbereitung der Zertifizierungsreife der UAS-Leitstelle Bremen.

MULTIDISZIPLINÄRE ENTWURFSAUTOMATISIERUNG ALS LÖSUNG AKTUELLER HERAUSFORDERUNG | Im Zuge der fortschreitenden Elektrifizierung und des steigenden Einsatzes von umrichtergespeisten Elektromotoren stehen Hersteller und Entwickler vor neuen Herausforderungen. Immer kürzere Entwicklungszyklen, gepaart mit stetig steigenden Anforderungen hinsichtlich Wirkungsgrad oder Drehmomentdichte, erfordern in der Multi-Domänenentwicklung elektrischer Maschinen innovative Ansätze. Eine vielversprechende Lösung liegt im Aufbau integrierter, simulationsgestützter Entwurfsprozessketten, die eine automatisierte Generierung und Bewertung verschiedener Designs ermöglichen. Am Fraunhofer IFAM werden spezifische Methoden und bedarfsgerechte Entwurfsprozessketten entwickelt, um schnell Entwürfe elektrischer Maschinen zu erstellen und diese unter Berücksichtigung von fertigungstechnischen und materialwissenschaftlichen Innovationen zu bewerten.

Das Fraunhofer IFAM verfolgt im Rahmen des Themenfelds der elektrischen Antriebe zwei Schwerpunkte: Erstens die Transformation der Entwicklungsprozesse und zweitens die fertigungstechnischen Innovationen für elektrische Antriebe.

Das Verbundvorhaben SafeUAVnav verfolgt das Ziel, die Präzision, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Eigenlokalisierung und Navigation von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV) auch in Umgebungen sicherzustellen, in denen satellitengestützte Navigationssysteme (GNSS) gestört oder nicht verfügbar sind. Durch die Entwicklung und Integration eines Multi-Hybrid-Sensorsystems, das die Komponente Inertialmesssystem mit optischen, funkbasierten und weiteren Lösungen kombiniert, sollen neue Standards für die sichere Navigation von UAVs gesetzt werden.

Die industrielle Bauteilreinigung steht zunehmend im Spannungsfeld zwischen hohen Qualitätsanforderungen und verschärften Klimaschutzvorgaben. Unternehmen sind dazu aufgefordert, ihre Produktionsprozesse nachhaltiger und emissionsärmer zu gestalten, ohne Abstriche bei Effizienz und Wirtschaftlichkeit zu machen. Genau an dieser Stelle setzt das Projekt CyCLoop an: In dem Forschungsvorhaben wird ein innovatives Prozesskonzept für die CO2-Schneestrahlreinigung erforscht, das auf einer vollständig geschlossenen Kreislaufführung des eingesetzten Kohlendioxids basiert. Ziel ist es, ein nahezu emissionsfreies Reinigungsverfahren zu realisieren, das den steigenden Anforderungen an klimafreundliche und ressourceneffiziente Produktionsprozesse gerecht wird.

Die Luftfahrt steht vor einem grundlegenden Wandel: Klimaneutrale Antriebskonzepte rücken zunehmend in den Fokus. Eine Schlüsselrolle spielt dabei flüssiger Wasserstoff (LH₂) als Energieträger. Seine sichere Speicherung stellt jedoch eine erhebliche technische Herausforderung dar – insbesondere bei extrem niedrigen Temperaturen von unter 120 Kelvin. Genau hier setzt das Verbundprojekt SEHRKALT an.

PROJEKT »TRANSPORTATION IN CHARGE« | Im Projekt »Transportation in Charge« erarbeiten Expertinnen und Experten vom Fraunhofer IFAM Konzepte für die zukünftige Planung der Ladeinfrastruktur in Gewerbegebieten und Güterverkehrszentren. Ziel ist dabei, besser zu verstehen, welche Bedarfe an öffentlicher und privater Ladeinfrastruktur bestehen und mögliche Synergieeffekte durch eine gemeinsame Nutzung von Ladeinfrastruktur zu identifizieren und so eine effiziente Nutzung dieser kostenintensiven Infrastruktur sicherzustellen.

QUALITÄTSSICHERUNG UND GALVANISCHE KUNDENLÖSUNGEN FÜR IMPLANTATMATERIALIEN | Viele Eigenschaften von Implantatmaterialien, z. B. die Biokompatibilität, die Zelladhäsion, das Benetzungsverhalten und Korrosion, hängen im hohen Maß von der chemischen und der morphologischen Struktur der Oberfläche ab. Mithilfe von Qualitätssicherungskonzepten zur Bewertung der Oberflächeneigenschaften ist es möglich, detaillierte Kenntnisse über diese zu gewinnen; so können mögliche gesundheitliche Schäden vermieden werden. Das Fraunhofer IFAM unterstützt hierbei und kann mit seinen umfangreichen Kenntnissen in der Oberflächentechnik (bspw. auch in der Nasschemie) u. a. innovative prozessorientierte Entwicklungskonzepte zur Verbesserung der Eigenschaften von Implantatmaterialien erstellen.

Ziel des Projekts Rapid-KI ist die Entwicklung von Regelungskonzepten für die lokale Entschichtung von vergossenen oder schutzbeschichteten Elektronik-Bauteilen. Hierfür werden Sensordaten erfasst, mittels KI ausgewertet und für eine hochdynamische Echtzeitregelung der Laserprozesse genutzt, um innovative Recycling- und Reparaturkonzepte zu ermöglichen. Die hohe Flexibilität und Skalierbarkeit der Lasertechnik erlaubt zudem eine spätere Übertragbarkeit der Entwicklung auf verschiedenste Anwendungsfelder, z. B. Entschichtungen im Windenergiebereich, dem Schiff-, Schienen- und Flugzeugbau sowie Reparaturanwendungen im Bereich der E-Mobilität.

Die Transformation der Erdgasversorgung ist ein zentraler Baustein der Wärmewende. Im Projekt »Quartier für Quartier« untersucht das Fraunhofer IFAM, wie bestehende Energieinfrastrukturen systematisch dekarbonisiert und zukunftsfähig gestaltet werden können, da die Erdgasversorgung durch die Zielsetzung der Klimaneutralität bis 2045 transformiert werden muss.

An den Standorten Bremen und Dresden wird ein breites Spektrum additiver Fertigungsverfahren erforscht. Alle zeichnen sich durch enorme geometrische Freiheiten, einen hohen Individualisierungsgrad und eine ausgezeichnete Rohstoffeffizienz aus. Und das entlang der kompletten Wertschöpfungskette: von der Erzeugung der 3D-Datenmodelle über die Fertigung bis zur Endbearbeitung und -kontrolle der Bauteile.

Das durch das das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogrammes VII-1 geförderte Verbundvorhaben HERA zielt auf die Entwicklung und Validierung von CFK-Technologien für innovative, hochratenfähige und nachhaltige Hinterbaustrukturen (Spante, Türumgebungen, Kleinbauteile) für zukünftige Flugzeuggenerationen ab. Fokussiert wird die industrielle Forschung in der Fachdisziplin der Herstellverfahren von CFK-Strukturen, sowie in die Erarbeitung von optimierten Architekturkonzepten in Faserverbundbauweise, um eine maximale Gewichtseinsparung im Rumpf zu erreichen. Bis Ende der Projektlaufzeit sollen durch die Fertigung von Validatoren die technologische Umsetzbarkeit nachgewiesen und die Prozessketten hinsichtlich Hochratenfähigkeit, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit bewertet werden.

Im Verbundprojekt META entwickeln Partner aus Industrie und Forschung innovative metallische Fertigungstechnologien für eine nachhaltige und wirtschaftliche Luftfahrtproduktion. Ziel des Vorhabens ist es, bestehende Prozessketten grundlegend weiterzuentwickeln, Ressourcenverbräuche zu reduzieren und gleichzeitig die industrielle Wettbewerbsfähigkeit deutscher Luftfahrtstandorte zu stärken. Das Projekt adressiert zentrale Herausforderungen der modernen Flugzeugfertigung: steigende Anforderungen an Energie- und Materialeffizienz, erhöhte Produktionsraten sowie die industrielle Integration neuer Fertigungstechnologien.

ELEKTROCHEMISCHE RÜCKGEWINNUNG KRITISCHER ROHSTOFFE AUS ABWÄSSERN | Die effiziente Rückgewinnung von kritischen Rohstoffen aus Batterien und Produktionsabfällen ist eine große Herausforderung der modernen Batterieindustrie. Im MeGaBat-Projekt entwickeln wir eine nachhaltige, kostengünstige und emissionsarme Technologie zur elektrochemischen Rückgewinnung von Lithium, Kobalt und anderen kritischen Rohstoffen aus wässrigen Quellen (Abwässern) bis zu Produktionsausschüssen. Unser Ziel: Die Etablierung eines flexiblen, skalierbaren Prozesses, der die Kreislaufwirtschaft der Batterieindustrie vorantreibt und dabei neue Konzepte zur Weiterentwicklung des Urban Mining beiträgt.

SICHERE UND LEISTUNGSSTARKE FESTKÖRPERBATTERIEN AUF BASIS VON POLYMEREN UND SULFIDEN FÜR ELEKTROAUTOS, FLUGTAXIS, MOBILE ROBOTER UND CO. | Festkörperbatterien sind ein wichtiger Baustein für die Elektrifizierung der Mobilität: Sie sind sicherer und ermöglichen mehr Reichweite und kürzere Ladezeiten als herkömmliche Li-Ion-Akkus. Neue Zellkonzepte ermöglichen sogar noch höhere Energiedichten. Das Fraunhofer IFAM erforscht polymer- und sulfidbasierte Festkörperbatterien für unterschiedliche Anwendungsbereiche der Elektromobilität. Die Entwicklungsarbeit orientiert sich an der industriellen Batterieherstellung und reicht von neuen Materialien für Festelektrolyte über Batteriekomponenten (Elektroden und Separatoren) bis hin zu Fertigungsprozessschritten und Assemblierung von Zellen.

ENTWICKLUNG VON NATRIUM-IONEN-BATTERIEN MITTELS ADDITIVE MANUFACTURING | Im Verbundprojekt »3DPrintBatt« hat sich das Fraunhofer IFAM gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung zum Ziel gesetzt, den 3D-Druck von Natrium-Ionen-Batterien für die Elektromobilität und weitere Anwendungen in die Pilotfertigung zu überführen. Im Projekt verbinden wir dabei Batterie-Expertise mit fundiertem Know-how in der Additiven Fertigung.