Technologien

Das »Zentrum für vernetzte Oberflächen- und Lacktechnik« am Fraunhofer IFAM zeigt die Zukunft der Oberflächenbehandlung. Das hochmodern ausgestattete Technikum verfügt über digital verknüpfte Industrieroboter – wie u. a. Lackierroboter – für die automatisierte Reinigung, Vorbehandlung und anschließende Lackierung von Bauteiloberflächen in Klein- und Großstrukturen. Dabei wird die gesamte Prozesskette digital abgebildet und um Interaktionsmöglichkeiten mithilfe von Virtual und Augmented Reality ergänzt. FuE-Ziele sind u. a. die Realisierung digital vernetzter Oberflächentechniksysteme und -prozesse als auch die Prozess- und Qualitätsoptimierung durch maschinelles Lernen und den Einsatz von AR-/VR-Methoden.

Korrosion stellt eine der größten Herausforderungen für Industrie, Infrastruktur und Umwelt dar. Nach DIN EN ISO 8044:2025 beschreibt Korrosion die »chemische oder elektrochemische Wechselwirkung zwischen einem Werkstoff, in der Regel einem Metall, und seiner Umgebung«. Diese Wechselwirkung kann zu Materialschäden, Funktionsverlusten und enormen wirtschaftlichen Kosten führen. In Industrienationen gehen jährlich 3-4% des Bruttoinlandprodukts durch Korrosionsschäden verloren. Fakt ist: Der Großteil dieser Korrosionsschäden ließe sich vermeiden, wenn bestehendes Wissen fachgerecht angewendet wird. Das Fraunhofer IFAM bietet umfassende Lösungen rund um Korrosionsschutz, Prüfverfahren und Schadensanalysen – wissenschaftlich fundiert und akkreditiert.

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

Die Alterung von Klebungen setzt unmittelbar mit ihrer Fertigung ein. Entscheidend für ihre Geschwindigkeit und damit ihrer Bedeutung für das geklebte Bauteil sind die äußeren Beanspruchungen. Dabei sind die sichtbaren bzw. messbaren Erscheinungsformen der Alterung sehr vielfältig. So kann zum Beispiel die Glasübergangstemperatur durch den Abbau von polymeren Strukturen sinken oder durch Weichmacherdiffusion sowie Einbau steifer Molekülstrukturen in die polymeren Ketten steigen. Spezielle Funktionen des Klebstoffes, z.B. Leitfähigkeiten oder Dämpfung, können sich verschlechtern und / oder die Klebfestigkeit kann abfallen. Am Fraunhofer IFAM untersuchen wir die Alterung von Klebstoffen, um die Langlebigkeit von Klebverbindungen nachhaltig zu verbessern.

Neue Materialien, steigende Qualitätsanforderungen oder Lieferantenwechsel stellen bestehende Fertigungsprozesse regelmäßig vor Herausforderungen. Gerade bei der Oberflächenbehandlung, etwa vor dem Kleben, Beschichten oder Lackieren, reichen kleine Abweichungen in Material, Vorbehandlung oder Prozessführung aus, um die Produktqualität langfristig zu gefährden. Das Fraunhofer IFAM unterstützt Unternehmen bei der Analyse, Entwicklung und Optimierung von Oberflächenprozessen – von der ersten Machbarkeitsstudie über die Prozessvalidierung bis zur Implementierung in die Serienfertigung. Unser Schwerpunkt liegt auf trockenchemischen Verfahren wie Plasma-, Laser-, VUV- und Strahlprozessen zur Reinigung, Aktivierung, Modifizierung und Beschichtung von Oberflächen. Mit mehr als 35 Jahren Erfahrung in F&E und Kundenprojekten stehen wir Ihnen mit analytischer Ausstattung und Prozess-Know-how bei allen Fragen zur Seite.

Klebende Bauteile, hohe Auswerferkräfte oder instabile Entformungsprozesse, insbesondere durch Belagsbildung, zählen zu den häufigsten Herausforderungen im Spritzguss. Besonders bei hochglänzenden Oberflächen, Mikrostrukturen, technischen Kunststoffen oder engen Prozessfenstern entstehen oft hohe Entformungskräfte oder Beläge, die zu Ausschuss, Werkzeuganpassungen und ungeplanten Stillständen führen. Mit plasmabasierten UltraPLAS®-PECVD-Trennschichten lassen sich Adhäsion und Reibung gezielt beeinflussen, um Entformungsprobleme dauerhaft zu reduzieren – ohne Übertragung auf das Bauteil und ohne Veränderung der Werkzeuggeometrie. Zudem eröffnet sich die Möglichkeit, das Prozessfenster beim Spritzguss zu erweitern.

ULTRAPLAS® FÜR ANSPRUCHSVOLLE ENTFORMUNGS- UND BELAGSPROBLEME | UltraPLAS® ist eine plasmabasierte Antihaftbeschichtung für Spritzgießwerkzeuge, die am Fraunhofer IFAM gezielt für Entformungs- und Belagsprobleme in der Kunststoffverarbeitung entwickelt wurde. Die Beschichtung vereint optimale Entformungseigenschaften mit hoher mechanischer Stabilität und eignet sich damit für anspruchsvolle Spritzgussanwendungen. Durch ihre geringe Schichtdicke und hohe Konturtreue eignen sich Ultra PLAS®-Beschichtungen auch für hochglänzende, mikrostrukturierte und funktionale Werkzeugoberflächen sowie für Anwendungen mit hohen regulatorischen Anforderungen, beispielsweise in der Medizintechnik oder Lebensmittelverarbeitung.

ENTFORMUNGSPROBLEME UND BELAGSBILDUNG IM SPRITZGUSS GEZIELT REDUZIEREN | Hohe Auswerfer- und Entformungskräfte, klebende Bauteile und Belagsbildung zählen zu den häufigsten Ursachen für Spritzgießfehler und instabile Prozesse. Die Beschichtung von Spritzgusswerkzeugen kann in solchen Situationen helfen und eine günstige Alternative zu aufwändigen Werkzeugmodifikationen darstellen. Werkzeugbeschichtungen beeinflussen die Ursachen von Entformungsproblemen und Belagsbildung. Diese sind selten das Resultat eines einzelnen Faktors, sondern vielmehr das Ergebnis des Zusammenspiels aus Kunststoff, Werkzeugoberfläche und Prozessführung. Wir unterstützen Industriepartner dabei, diese Zusammenhänge zu verstehen und gezielt zu lösen. Unsere Kompetenzen liegen in einer fundierten Ursachenklärung, der generellen Empfehlung von Beschichtungen für den Spritzguss, der Schichtentwicklung (Werkzeugbeschichtung UltraPLAS®) und der anwendungsnahen Umsetzung im realen Prozess.

URSACHEN VERSTEHEN, BELÄGE ENTFERNEN, PROZESSE STABILISIEREN | Beläge (Plate-out) im Spritzgießwerkzeug zählen zu den häufigsten Ursachen für instabile Prozesse, Qualitätsprobleme und steigende Entformungskräfte. Da die Belagsbildung oft schleichend erfolgt, werden die Auswirkungen häufig erst erkannt, wenn bereits erheblicher Reinigungs- oder Wartungsaufwand entstanden ist. Mit einer systematischen Ursachenanalyse, geeigneten Reinigungsverfahren und passenden Werkzeugoberflächen lassen sich Beläge gezielt reduzieren und die Prozessstabilität nachhaltig verbessern.

URSACHEN ERKENNEN, PROBLEME NACHHALTIG LÖSEN | Beläge in Spritzgießwerkzeugen sind mit verschiedenen Fehlerbildern verknüpft und können die Produktivität von Werkzeugen wesentlich einschränken. Beispielsweise führen größere Ansammlungen von Belägen zu einem Prozessabbruch und einer Reinigung, wenn inakzeptable Abdrücke oder Glanzstellen in den Oberflächen von Formteilen auftauchen. Aber auch dünnste, nicht sichtbare Beläge können kritisch sein und ein Kleben im Werkzeug und damit Entformungsprobleme auslösen. Die materialbedingten Ursachen von Ablagerungen, etwa Additive, Verunreinigungen oder Zersetzungsprodukte, können analytisch untersucht und identifiziert werden. Eine Belagsanalyse schafft die Grundlage, um nicht nur Symptome zu beseitigen, sondern die eigentliche Ursache der Belagsbildung zu verstehen und gezielt anzugehen.

Kupfer ist aufgrund seiner hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit ein unverzichtbarer Werkstoff für viele Anwendungen in der Elektronik, Energietechnik, Elektromobilität sowie Luft- und Raumfahrt. Gleichzeitig stellt die Verarbeitung von Kupfer hohe Anforderungen an die Fertigungsprozesse, insbesondere wenn komplexe Geometrien und Reproduzierbarkeit gefordert sind. Der Metallpulverspritzguss (Metal Injection Moulding, MIM) eröffnet hier neue Möglichkeiten. Das Verfahren kombiniert die Gestaltungsfreiheit des Spritzgusses mit den funktionalen Eigenschaften hochleitfähiger Metalle und ermöglicht die Herstellung komplexer Kupferbauteile in großen Stückzahlen. Das Fraunhofer IFAM verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung und Umsetzung von MIM-Prozessen und unterstützt Unternehmen entlang der gesamten Prozesskette.

Die Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy, AFM) ist eine zentrale Methode zur Topografieanalyse und charakteristischen Materialuntersuchung auf der Nanometerskala. Mit höchster lateraler und vertikaler Auflösung liefert AFM detaillierte Informationen über Oberflächenstrukturen, Rauheit und lokale Materialeigenschaften. Zudem wird die Rasterkraftmikroskopie zur Korrelation mechanischer, elektrischer und chemischer Eigenschaften eingesetzt.

Der Metallpulverspritzguss (Metal Injection Molding, MIM) ist das Schlüsselverfahren, wenn es um die wirtschaftliche Serienfertigung von hochpräzisen, komplexen Metallbauteilen geht. Dabei verbindet MIM die Gestaltungsfreiheit des Kunststoffspritzgusses mit den mechanischen Eigenschaften metallischer Werkstoffe. Das Fraunhofer IFAM zählt seit über 30 Jahren zu den führenden Forschungseinrichtungen auf diesem Gebiet und unterstützt Industriepartner bei der Umsetzung innovativer Werkstoff- und Bauteillösungen in neue Produkte.

ANALYSE VON KORROSIONSURSACHEN - MODERNSTE METHODEN IM EINSATZ | Korrosionsversuche und -prüfungen liefern entscheidende Informationen über die Beständigkeit von Werkstoffen sowie die Schutzwirkung von Beschichtungen, Überzügen und anderen Korrosionsschutzsystemen. Sie sind unverzichtbar für die Schadensanalyse, die Entwicklung und Qualifizierung neuer Schutzsysteme, den Machbarkeitsnachweis unter veränderten Umgebungsbedingungen sowie für die laufende Qualitätskontrolle in industriellen Prozessen. Das Fraunhofer IFAM verfügt über ein breites Portfolio an standardisierten Prüfverfahren, die in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt werden – von Luftfahrt und Automobilindustrie über maritime Anwendungen und Offshore-Windenergie bis hin zu Schienenverkehr, Bauwesen und Medizintechnik.

Laut DIN 50902 bezieht sich der temporäre Korrosionsschutz auf den Schutz metallischer Werkstoffe vor Korrosion während zeitlich begrenzter Phasen, wie beispielsweise Transport, Lagerung oder Weiterverarbeitung/Fertigungsstillstand. Dieser Schutz wird typischerweise mithilfe von leicht entfernbaren Schutzmitteln oder Verpackungsmethoden realisiert. Je nach gewählter Schutzmethode, den Umgebungsbedingungen und der Schichtdicke kann die Schutzdauer von wenigen Tagen bis zu mehreren Jahren reichen.

Das Anodisieren ist ein elektrochemisches Verfahren zur Erzeugung schützender Oxidschichten auf der Oberfläche von Leichtmetallen, insbesondere von Aluminium und seinen Legierungen. Der Behandlungsprozess erfolgt durch die gezielte anodische Polarisation des Werkstücks in einem wässrigen Elektrolyten – meist auf Basis von Schwefel- oder Phosphorsäure. Dabei bildet sich an der Oberfläche des Leichtmetalls eine üblicherweise Mikrometer dicke und häufig offenporige Oxidschicht, die die Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit des Grundwerkstoffs signifikant erhöht und gezielt die Oberflächeneigenschaften modifiziert.

Zwei-Komponenten-Metallpulverspritzguss (2K-MIM) ist ein innovatives Spritzgussverfahren, das die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe in einer Komponente ermöglicht. Dadurch entstehen Bauteile mit integrierten, maßgeschneiderten Eigenschaften bei hoher Gestaltungsfreiheit und Kosteneffizienz. Im Gegensatz zum klassischen Metallpulverspritzguss (MIM), bei dem nur ein Werkstoff verarbeitet wird, ermöglicht 2K-MIM die Kombination von Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Typische Materialkombinationen sind metallisch und keramisch, magnetisch und unmagnetisch sowie hart und weich. Die beiden Komponenten werden im Spritzgussprozess kombiniert, gemeinsam entbindert und synchron gesintert. Dadurch entsteht eine metallurgische Bindung an den Grenzflächen, die eine hohe Festigkeit und Funktionsintegration ermöglicht.

FUNKTIONALISIERBARE METALLOBERFLÄCHEN DURCH PLASMAELEKTROLYTISCHE OXIDATION (PEO) | Die plasmaelektrolytische Oxidation (PEO), auch bekannt als Micro Arc Oxidation (MAO), ist ein nasschemisches Verfahren, das die Herstellung hochgradig funktionalisierbarer Oxidschichten auf Metallen ermöglicht, deren Oxide keine elektrische Leitfähigkeit besitzen – wie beispielsweise Aluminium, Magnesium oder Titan. Diese Schichten sind gleichzeitig hart, verschleißfest, hitzebeständig und porös, was ihre Anwendung in Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und weiteren Hochleistungsbranchen ideal macht.

Grüner Wasserstoff gilt als zentraler Baustein der Energiewende. Gleichzeitig stehen bestehende Elektrolyseverfahren vor großen Herausforderungen: Die Herstellung von Wasserstoff ist bislang kosten- und energieintensiv und benötigt hochreines Wasser. Das Projekt SeaEly setzte genau hier an. Gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie entwickelte das Fraunhofer IFAM neue Komponenten und Prüfverfahren für die direkte Meer- und Brackwasserelektrolyse. Ziel war es, Wasserstoff künftig auch mit anspruchsvollen Wasserqualitäten effizient erzeugen zu können – ohne aufwendige Entsalzung.

LÜCKENLOSE ZUSTANDSÜBERWACHUNG UND OBERFLÄCHENANALYSE | Qualitätssicherung ist ein zentraler Erfolgsfaktor in der modernen Industrie. Das Fraunhofer IFAM entwickelt individuelle Lösungen für die prozessbegleitende Qualitätssicherung in industriellen Anwendungen. Wir unterstützen Unternehmen von der Machbarkeitsstudie im Labor bis zur vollautomatisierten Anwendung im Fertigungsprozess. Dabei kombinieren wir Inline-Messtechnik, intelligente Sensorik und datenbasierte Analyseverfahren. Neben der Analyse direkt im Prozess ermöglichen unsere Systeme auch eine kontinuierliche Zustandsüberwachung von Materialien und Anlagen.