Funktionsdesign und Materialentwicklung

Das Fraunhofer IFAM hat besondere Kompetenzen in der Entwicklung und Bearbeitung von metallischen und polymeren Werkstoffen. Stützend auf den Erfahrungen mit diesen Werkstoffklassen entwickeln die Forscherinnen und Forscher neue Funktionswerkstoffe. Sie legen dabei die zu integrierenden Funktionalitäten aus und können abgestimmt auf die Kundenbedürfnisse den gesamten Fertigungsprozess entwickeln. Materialien, Werkstoffverbünde und Konstruktionen können nicht zuletzt digital modelliert, simuliert und für den angestrebten Einsatz überprüft werden.

• Sinter- und Verbundwerkstoffe
• Polymere Werkstoffe
• Funktionswerkstoffe
• Metallschäume, zellulare metallische Werkstoffe und Kompositschäume
• Material- und Konstruktionssimulation

Sinter- und Verbundwerkstoffe

Durch das Mischen von Pulvern lassen sich Legierungen, Verbundwerkstoffe, Werkstoffverbunde und Strukturwerkstoffe mit den erforderlichen Eigenschaftsprofilen herstellen. Die Kombination von Eigenschaften ist durch Pulververbunde unter Berücksichtigung der thermodynamischen Randbedingungen oft direkt ableitbar und realisierbar. So lassen sich Eigenschaften wie Härte, Zähigkeit, E-Modul, Verschleiß und Wärmedehnung an die Erfordernisse anpassen. Auch eine Variation der Dichte von durchgängiger Porosität bis hin zu vollständiger Dichte in einem Bauteil ist möglich. Während des Sinterns erhält das Bauteil aus geformtem Pulver seine endgültigen Eigenschaften.

Polymere Werkstoffe

Über den polymeren Werkstoff lassen sich zusätzliche Funktionen integrieren. Der Klebstoff ermöglicht beispielsweise eine Vibrationsdämpfung, elektrische Isolation oder Korrosionsschutz. Abhängig von der molekularen Struktur kann ein Werkstoffverbund mit Formgedächtniseigenschaften oder Stimuli-Responsivität ausgestattet sein oder als Festkörperelektrolyt in Batterien eingesetzt werden.

Funktionswerkstoffe

Bei der Entwicklung von Funktionswerkstoffen stehen die Verbesserung bzw. Erweiterung von Materialeigenschaften und die Verarbeitung der Werkstoffe im Mittelpunkt. Die Funktionswerkstoffe können sowohl im Fertigungsprozess direkt in das Bauteil integriert als auch auf Oberflächen appliziert werden. Sie verleihen dem Bauteil zusätzliche oder ganz neue Eigenschaften, wie beispielsweise elektrische oder sensorische Funktionen. Zu denken ist an nanoskalige Werkstoffe, aber auch magnetokalorische Werkstoffe und Komposite.

Metallschäume, zellulare metallische Werkstoffe und Kompositschäume

Mit dem Fokus auf Masseeinsparung sind in den letzten Jahren neuartige Leichtbauwerkstoffe wie zellulare metallische Werkstoffe entwickelt worden. Neben einer drastischen Masse- und damit Materialeinsparung können durch zellulare metallische Werkstoffe anwendungsspezifische Eigenschaften, die insbesondere durch den Werkstoff und die Zellstruktur bestimmt werden, wie Schallabsorption, Wärmeisolation, Energieabsorption, mechanische Dämpfung, Stoff- und Energietransport oder katalytische Effekte, realisiert werden.

Material- und Konstruktionssimulation

Neben der experimentellen Simulation beherrschen die Forscherinnen und Forscher digitale und numerische bzw. stochastische Ansätze um die Eigenschaften von Materialien und Werkstoffverbunde vorherzusagen. Diese Methoden können qualitätssichernde Ziele verfolgen, aber auch um unterschiedliche Optionen bei der Material und Konstruktionsentwicklung durch numerische Simulation einzugrenzen.