Technologien

In der Arbeitsgruppe Weichmagnetische Werkstoffe werden innovative Pulvertechnologien zur Herstellung weichmagnetischer Komponenten eingesetzt, um besondere Eigenschaftsprofile einzustellen.

BIOZIDFREIER BEWUCHSSCHUTZ UND STRÖMUNGSOPTIMIERTE OBERFLÄCHEN FÜR DIE MARITIME INDUSTRIE | Funktionelle Beschichtungen sind ein wichtiger Bestandteil der maritimen Industrie. Sie schützen Schiffe und andere maritime Technologien vor Korrosion und Biofouling. Am Fraunhofer IFAM werden innovative Beschichtungstechnologien und Materialien erforscht, um eine effektive und dauerhafte Widerstandsfähigkeit gegen Biofouling, Korrosion und mechanischen Abrieb, zum Beispiel durch Unterwasser- Reinigungsverfahren, zu erzielen. Dadurch können die Betriebskosten gesenkt, die Lebensdauer verlängert und der Umweltschutz verbessert werden. Die Entwicklung von leistungsstarken Bewuchsschutzbeschichtungen ist ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigen maritimen Industrie, die sich zukünftig u.a. auf die Klimaneutralität von Schiffen und den Ausbau erneuerbarer Energien auf See konzentriert.

VERSUCHE FÜR DIE WERKSTOFFPRÜFUNG UND BAUTEILSIMULATION SOWIE PRÜFUNG VON KLEBVERBINDUNGEN | Das Fraunhofer IFAM verfügt über ein nach DIN EN ISO 9001:2015 zertifiziertes Werkstoffprüflabor. Dieses Labor ist für die in der DAkkS-Urkunde genannten Verfahren nach DIN EN ISO/IEC 17025:2018 akkreditiert. Hier werden Versuche durchgeführt, um Werkstoffe, Strukturen und insbesondere Klebverbindungen nach genormten und selbst entwickelten Verfahren zu prüfen, z. B. für die Automobilindustrie oder den Schienenfahrzeugbau. Die Ergebnisse dieser Versuche bilden die Grundlage für die Simulation des Bauteilverhaltens. Im Fokus vieler Arbeiten steht das Zugverhalten von faserverstärkten Kunststoffen , aber auch die Schlag- und Schälfestigkeit von Klebungen sind Gegenstand der Prüfungen. Insbesondere um das komplexe Verhalten von Klebverbindungen zu beschreiben, entwickeln die Forscherinnen und Forscher bei Bedarf auch maßgeschneiderte Prüfmethoden.

MEHR FREIHEIT DURCH MEHR ACHSEN | Die Nutzung von Robotern und 5-Achs Portalanlagen ermöglicht es, Funktionen wie Sensoren oder Heizer auf Bauteile mit komplexen Oberflächen genau dorthin zu drucken, wo sie benötigt werden. Durch verschiedene Drucktechnologien wie Aerosol Jet oder das Dispensen können Strukturgrößen von einigen Mikrometern bis hin zu mehreren Metern gedruckt werden. Die Anlagen des Fraunhofer IFAM können so Bauteilgrößen von wenigen Millimetern bis zu 10 Metern punktgenau mit einer Vielzahl von verschiedenen Funktionen wie z.B. Leiterbahnen versehen.

Antihaftbeschichtungen gehören aufgrund ihrer einfachen Nutzung und Reinigung seit Jahrzehnten zu den beliebtesten Beschichtungen für Kochgeschirr wie z.B. Pfannen, Auflaufformen oder Schneidwaren. Gängige Antihaftbeschichtungen werden auf einer PTFE- oder Sol-Gel-Basis hergestellt. PTFE-artigen Beschichtungen droht aufgrund von möglichen PFAS-Restriktionen der EU jedoch in naher Zukunft ein Verbot. Zudem sind diese Beschichtungen nur bedingt haltbar und verlieren mit der Zeit ihre Antihaftwirkung. Außerdem sind sie mechanisch nicht sehr stabil und müssen in einem Ofen eingebrannt werden, womit ein hoher Energieverbrauch verbunden ist. Daher sind neue, nachhaltige Lösungen mit guten Antihafteigenschaften gefragt. Die Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IFAM haben mit der PLASLON®-Beschichtung eine PFAS-freie Alternative entwickelt, die sich durch ihre hervorragenden Antihaft-Eigenschaften in Kombination mit ihrer hohen Beständigkeit auszeichnet.

FUNKTIONALISIERUNG VON BAUTEILEN UND KOMPONENTEN MITTELS PRINTING-TECHNOLOGIEN | Zur Funktionalisierung von Bauteilen und Komponenten mittels Printing-Technologien werden in Abhängigkeit vom späteren Verwendungszweck passende Tinten und Pasten benötigt. Das Fraunhofer IFAM verfügt über umfassende Kompetenzen und Möglichkeiten zur Entwicklung druckbarer Tinten und Pasten. Diese reichen über die Auswahl geeigneter Funktions- und Additivmaterialien, über die Herstellung / Homogenisierung der Pasten und Tinten bis zum nachfolgenden Druck- und Aushärteprozess.

BESTIMMUNG VON REAKTIONSENTHALPIEN FEUCHTSENSITIVER MATERIALIEN UNTER SCHUTZGASATMOSPHÄRE | Die Messung der Enthalpien von Mischungsreaktionen während der Synthese luftempfindlicher Materialien muss unter inerten Bedingungen erfolgen und stellt damit besondere Anforderungen an den Messaufbau. Ein Beispiel feuchtesensitiver Materialien sind sulfidische Festkörperelektrolyte, welche in zukünftigen Festkörperbatterien (engl. ASSBs) zum Einsatz kommen können. Um diese Materialien ökonomisch attraktiv zu machen, erforscht das Fraunhofer IFAM die Skalierung der Synthese. Für die Maßstabsvergrößerung der Synthesen werden Reaktionsenthalpien benötigt, welche unter Schutzgasatmosphäre gemessen werden müssen.

FERTIGUNG VON FVK-BAUTEILEN DURCH EINE FUNKTIONALISIERTE TRENNFOLIE | Bauteile aus Faserverbundkunststoffen (FVK) sind durch ihr geringes Gewicht und ihre Festigkeit in den unterschiedlichsten Branchen wie der Luftfahrt- oder der Automobilindustrie besonders gefragt. Die konventionelle Entformung von FVK-Bauteilen durch den Einsatz von Trennmitteln ist allerdings sehr kosten- und arbeitsintensiv. Zudem können die Trennmittel schädliche Einflüsse auf die Umwelt haben. Am Fraunhofer IFAM wurde eine plasmabeschichtete Trennfolie entwickelt, mit der duroplastische Kunststoffbauteile ohne die Verwendung von Trennmitteln gefertigt und sicher entformt werden können. Die Bauteiloberfläche ist frei von Kontaminationen und kann direkt lackiert oder verklebt werden.

Alles aus einer Hand – Abdeckung der kompletten Wertschöpfungskette für die am Fraunhofer IFAM vorhandenen additiven Verfahren – von der Erzeugung der 3D-Datenmodelle über die Fertigung bis zur Endbearbeitung und -kontrolle der Bauteile.

KLEBSTOFFFOLIEN UND -BESCHICHTUNGEN AUF BASIS VON BENZOXAZIN - LAGERSTABIL UND NICHT AUFSCHMELZBAR | Reparaturen an Faserverbund-Bauteilen sind oftmals zeitaufwändig, da die Wiederherstellung der Funktion oder Optik einer beschädigten Stelle im Nasslaminierverfahren oder mit oberflächlich aufgebrachten Verstärkungsstrukturen mehrere Arbeitsschritte und das Aushärten des Harzes bedarf. Verwendet man stattdessen eine Klebstofffolie bzw. -beschichtung auf Basis von Benzoxazinen, ermöglicht das eine vergleichsweise einfachere Reparatur und Klebung mit Erreichen der Endfestigkeit innerhalb von 30 Minuten.

SIE BENÖTIGEN BESTIMMTE EIGENSCHAFTEN EINES METALLS IN EINEM KUNSTSTOFF? | Dann bietet das Fraunhofer IFAM mit seinen entwickelten Polymerkompositen die Lösung! Die spezielle Compoundtechnik des Fraunhofer IFAM macht es möglich, auf Basis einer großen Bandbreite thermoplastischer Kunststoffe und Elastomere, spezielle Komposite zu fertigen, die zum Beispiel hochelektrisch und / oder thermisch leitfähig sind.

PLASMABESCHICHTUNGEN: CHEMIEFREIE DÜNNSCHICHTEN FÜR NEUE OBERFLÄCHEN- UND PRODUKTEIGENSCHAFTEN | Der Bedarf an speziellen Funktionsbeschichtungen für Halbzeuge und Produkte ist in vielen Industriebereichen – von der Automobilproduktion über die Kunststoffverarbeitung bis hin zur Medizintechnik oder Biotechnologie – sehr groß. Das Fraunhofer IFAM erforscht und entwickelt plasmagestützte Beschichtungsverfahren, die das Eigenschaftsspektrum dieser Halbzeuge und Produkte nahezu unabhängig vom eingesetzten Werkstoff entscheidend verbessern. Und das ohne Einsatz von Chemikalien! Das macht diese Verfahren aktuell besonders interessant, denn es hilft Firmen dabei, Regularien wie der REACH-Verordnung oder den HSE-Richtlinien gerecht zu werden.

SMARTE TAPETE ZUR EINFACHEN BATTERIE- UND FUNKLOSEN INTEGRATION VON IoT-GERÄTEN | Smart Homes zielen darauf ab, technische Systeme überall dort im Haus zu installieren, wo sie gebraucht werden. Allerdings sind nicht immer die dafür notwendigen Strom- und Kommunikationsanschlüsse vorhanden. Im Projekt „ConText“ entwickelt das Fraunhofer IFAM eine Smarte Tapete, die sich leicht und ohne großen Aufwand im Wohnbereich installieren lässt.

RÜCKSTANDSFREIE UND TROCKENE REINIGUNG VON BAUTEILEN | Kontaminationen wie Verunreinigungen oder prozessbedingte Trennmittel lassen sich mit CO₂-Schneestrahl-Prozessen von Bauteilen entfernen. Bei diesem Inline-Verfahren wird flüssiges CO₂ schlagartig entspannt, wodurch sich bei geeigneten Strahldüsen unter Zugabe von Druckluft CO₂-Schneekristalle bilden. Diese werden auf die zu reinigenden Oberflächen geblasen, wo sie durch die unmittelbare Sublimation schädigungsfrei auch empfindliche Oberflächen effizient reinigen.

INLINE-STRAHLPROZESSE ZUR REINIGUNG, AKTIVIERUNG UND REPARATUR VON OBERFLÄCHEN | Das klassische Druckluftstrahlen von Bauteilen zur Oberflächen-Reinigung oder zum Abtrag von Beschichtungen erfordert den Einsatz von Strahlkabinen oder aufwendigen temporären Schutzvorrichtungen. Einfacher lassen sich Strahlprozesse, beispielsweise vor dem Kleben, Lackieren, Beschichten oder Reparieren, mit dem kompakten und mobilen Vakuum-Saugstrahlen durchführen. Dabei wird durch einen Industriestaubsauger in einem abgeschlossenen Strahlkopf ein Unterdruck erzeugt, durch den das Strahlmittel auf die Oberfläche beschleunigt und sofort nach dem Strahlprozess wieder abgesaugt wird. So kann ein emissionsfreier Strahlprozesse selbst unter sensiblen Produktionsbedingungen inline erfolgen.

Strömungswiderstandsoptimierende Beschichtungen und Oberflächen, die von biologischen Vorbildern wie Delfinen, Haien und Pinguinen inspiriert sind, bieten zahlreiche Vorteile für die Windkraft, Luftfahrt und Schifffahrt. Innovative Technologien können dazu beitragen, den Kraftstoffverbrauch und somit auch die Emissionen von Schiffen und Flugzeugen zu reduzieren und den Wirkungsgrad von Zukunftstechnologien wie Windenergieanlagen zu erhöhen. Durch die Nutzung bionischer Vorbilder, wie den Sharkskin Riblets, dem Gefieder von Pinguinen oder der Haut von Delfinen können strömungswiderstandsreduzierende Beschichtungen eine Effizienzsteigerung sowie eine Senkung der Betriebskosten ermöglichen.

Metallische Nanopartikel gewinnen in vielen industriellen Branchen immer mehr an Bedeutung. Als additive oder funktionelle Beschichtungen können sie verschiedensten Produkten neue Eigenschaften, wie zum Beispiel katalytische oder antibakterielle Wirksamkeit, vermitteln. Bislang schränken die technische Komplexität sowie der Zeit- und Kostenaufwand der gängigen Herstellungsverfahren potenzielle Anwendungen der Metallnanopartikel jedoch deutlich ein. Am Fraunhofer IFAM wurde hierfür eine innovative Lösung durch den Einsatz von AD-Plasma entwickelt.

KURZE PROZESSE DURCH HYBRIDE GUSSTEILE - OPTIMAL FÜR DEN LEICHTBAU | Das Themenfeld »Hybridguss« beschäftigt sich mit neuartigen Verbindungstechnologien unter Verwendung von Gussbauteilen. Dabei werden direkt integrierte metallische Strukturen oder auch Kunststoffe oder Faserstrukturen zur Realisierung einer Multimaterialbauweise genutzt. Direkt im Gießprozess der Metallkomponente wird die Möglichkeit zum Materialverbund gegeben. Dadurch lassen sich innovative Bauteile unter Einsparung von Fertigungsschritten realisieren, die diverse Vorteile mit sich bringen.

Im Bereich der Gießereitechnik verfügt das Fraunhofer IFAM über ein breites Technologieportfolio für verschiedenste industrielle Anwendungen. Hierzu zählen Anlagen in den folgenden Bereichen: Druckguss / Squeeze-Casting, Niederdruckguss, Feinguss und Schwerkraftguss.

SIMULATION UND MODELLIERUNG VON GIESSPROZESSEN | Ein wichtiger Schritt für jede Gussteilentwicklung ist die Prozesssimulation, in der die Gestaltung des Gussteils selbst, aber auch der Form auf fertigungsgerechte Auslegung hin überprüft und ggf. optimiert wird. Durch eine detailgetreue Abbildung des gesamtem Gießvorgangs sowie der anschließenden Erstarrung können wir Bereiche identifizieren, in denen mit hoher Wahrscheinlichkeit Gussfehler auftreten werden. Die begleitende Simulation verkürzt signifikant Entwicklungszeiten und ermöglicht vielfach die Einsparung oder Reduzierung von praktischen Versuchsreihen durch eine realitätsgenaue Abbildung von Prozessen und Vorgängen. Im Sinne eines digitalen Zwillings kann sie darüber hinaus der Prozessüberwachung und -steuerung dienen.