Technologien

PULVERMETALLURGISCHE UND GIESSTECHNISCHE HERSTELLUNG PORÖSER METALLE | Metallschäume, poröse Metalle und darauf basierende Hybridmaterialien weisen aufgrund ihrer spezifischen Strukturen ein vielfältiges Eigenschaftsspektrum auf. Sie werden inzwischen in vielen Bereichen wie dem Automobilbau oder der Medizintechnik zur Verbesserung technischer Systeme eingesetzt. Das Fraunhofer IFAM bietet verschiedene pulvermetallurgische und gießtechnische Verfahren zur Herstellung von offen- und geschlossenporigen Metallschäumen an.

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.

Ober- und Grenzflächen spielen eine entscheidende Rolle für die Qualität und Leistungsfähigkeit zahlreicher Produkte und industrieller Prozesse. Bereits geringste Verunreinigungen können Beschichtungs- und Fertigungsprozesse beeinflussen und deren Funktionalität stören. Dies betrifft unter anderem Anwendungen in den Bereichen Kleben, Lackieren, Drucken und Metallisieren. Das Fraunhofer IFAM bietet eine breite Palette an Untersuchungsmethoden zur umfassenden chemischen und strukturellen Analyse von Oberflächen auf der Nanoskala an.

MIT FUNDIERTEM WISSEN RUND UM REIBUNG UND VERSCHLEISS ZU GEZIELTEN PRODUKTVERBESSERUNGEN | Ob Motoren und Pumpen als Ganzes oder deren Dichtungen - nahezu jedes Anwendungsprodukt ist von Reibung und Verschleiß betroffen. Die Folgen sind hohe Energieverluste und eine verkürzte Lebensdauer der Produkte. Um dem entgegenzuwirken beschäftigt sich das Fraunhofer IFAM intensiv mit der Tribologie, also der Frage, wie sich Reibung und Verschleiß vermindern oder die Schmierung zwischen Bauteilen verbessern lassen. Denn diese Faktoren werden von verschiedenen Dingen wie der Werkstoffauswahl, der Oberflächenbeschichtung oder der Kontaktgeometrie unmittelbar beeinflusst. Mit seinem breiten Spektrum an Kompetenzen in den Bereichen Materialforschung, Beschichtungstechnik und Analytik bietet das Institut ideale Voraussetzungen, um ganzheitliche tribologische Lösungen zu entwickeln.

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.

INTEGRATION HOCHELEKTRISCH UND THERMISCH LEITFÄHIGER FÜLLSTOFFE IN EINEN KUNSTSTOFF | Das Fraunhofer IFAM ist spezialisiert auf das Compoundieren hochgefüllter Spezialpolymerkomposite und die anschließende Weiterverarbeitung zu druckfähigen Kompositfilamenten. Für die Verarbeitung bzw. Herstellung von Filamenten aus Polymerkompositmaterialien besitzt das Institut umfassendes Know-how und neueste Technologien bzw. Prozesstechniken. Die Zusammensetzung des Materials (Füllstoffe, Füllstoffgehalt) als auch die Auswahl des Basispolymers, erfolgt maßgeschneidert nach Anforderungsprofil des Anwenders.

SCHLÜSSELTECHNOLOGIE FÜR EMV-SCHUTZ UND TARNTECHNIK | Strahlungsabsorbierende Materialien (RAM) gewinnen in zahlreichen Industriezweigen zunehmend an Bedeutung. Ob in der Militärtechnik, Messtechnik oder Fahrzeugtechnik – überall dort, wo sensible Elektronik und hochpräzise Sensorik eingesetzt werden, ist ein wirksamer Schutz gegen elektromagnetische Störungen (EMI) unverzichtbar. Moderne Kompositwerkstoffe bieten hier maßgeschneiderte Lösungen, die sowohl elektromagnetische Wellen abschirmen als auch Radar- und Sensorsignaturen minimieren können.

DÜNNE SEPARATOREN AUS SULFID ODER POLYMER MITTELS SCHLITZDÜSE | Für Festkörperbatterien mit hoher Energiedichte sind dünne Separatoren aus Sulfiden oder Polymerelektrolyten mit Schichtdicken von unter 30 Mikrometer notwendig. Mit der Schlitzdüsenbeschichtung können wir genau nach Bedarf angepasste Slurry auftragen und Schichten herstellen. Die Herstellung und Charakterisierung dieser Schichten erfordert Know-How zu Materialien, Prozessen und Analytikmethoden, die am Fraunhofer IFAM gebündelt werden.

Hersteller von Metallteilen – insbesondere in der Automobilindustrie, Luftfahrt, Medizintechnik oder Maschinenbau – stehen regelmäßig vor einer Herausforderung: Wie lassen sich komplexe oder modulare Metallbauteile effizient fügen, wenn klassische Verfahren wie Schweißen oder Löten an ihre Grenzen stoßen? Eine innovative Lösung bietet das Sinterfügen – ein integriertes Fügeverfahren im Metallpulverspritzguss (MIM).

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.

In der heutigen Zeit, in der Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit immer wichtiger werden, spielt die Pulvertechnologie eine entscheidende Rolle im Recycling und in der Kreislaufwirtschaft. Ob metallische Reststoffe, Pulverabfälle aus der additiven Fertigung, Filterstäube oder sogar komplexe Hybridmaterialien: Was bisher oft als schwer verwertbarer Abfall galt, kann am Fraunhofer IFAM durch pulvertechnologische Verfahren in neue Wertstoffe und Bauteile umgewandelt werden. Das Besondere: Die Pulvertechnologie ermöglicht die direkte Nutzung von Recyclingmaterialien – auch dann, wenn diese nicht die Idealform kugeliger, feinkörniger Pulver haben.

Optimierte Dynamik und Stabilität durch die Kombination von Getriebeantrieb und Direktantrieb

VUV-STRAHLUNG OPTIMIERT SILIKONEIGENSCHAFTEN AN DER OBERFLÄCHE | Silikonelastomere begegnen uns in vielen unterschiedlichen Bereichen. Aufgrund ihrer hohen Elastizität, ihrer sehr guten Temperaturbeständigkeit und ihrer Biokompatibilität eignen sie sich für verschiedenste Anwendungen, beispielsweise in der Medizin- oder Lebensmitteltechnik. Die Oberflächeneigenschaften des Materials hingegen sind nicht ideal und erschweren den Einsatz in bestimmten Anwendungen. So sind Silikone beispielsweise verschleißanfällig, schmutzanziehend und lassen sich nur bedingt kleben. Am Fraunhofer IFAM wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die Oberflächen schnell und flexibel modifizieren lassen ohne die hervorragenden mechanischen Eigenschaften der Silikone zu beeinträchtigen.

INNOVATIVE LÖSUNGEN FÜR NACHHALTIGE KÜHLTECHNOLOGIEN | Magnetokalorische Kühlsysteme bieten der Industrie eine zukunftsweisende Alternative zu herkömmlichen Kompressionskältemaschinen – technologisch innovativ, wirtschaftlich attraktiv und ökologisch überzeugend. Anstelle klassischer Kältemittel nutzen diese Systeme den magnetokalorischen Effekt: Durch gezielte Magnetfeldänderungen in speziell entwickelten Materialien lässt sich Kälte effizient und kontrolliert erzeugen – ganz ohne den Einsatz von fluorierten Treibhausgasen.

HOCHLEISTUNGS-KOMPOSITE FÜR ZUVERLÄSSIGE ELEKTROMAGNETISCHE VERTRÄGLICHKEIT | Elektronische Systeme sind allgegenwärtig – von komplexen Maschinensteuerungen über Sensorik in der Industrie 4.0 bis hin zu elektrischen Antrieben im Fahrzeugbau. Damit wächst auch das Risiko für elektromagnetische Störungen, die andere Geräte beeinflussen oder empfindliche Systeme außer Funktion setzen können. Die Einhaltung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ist daher essenziell für die störungsfreie Funktion von Geräten und die Zuverlässigkeit sensibler elektronischer Geräte. Am Fraunhofer IFAM entwickeln wir innovative funktionale Komposite zum EMV-Schutz.

Produkte wie Klebstoffe, Vergussharze und Matrixharze für Faserverbundwerkstoffe oder Lacke müssen heutzutage nicht nur hohe technische und ökologische Standards erfüllen, sondern auch wirtschaftlich und nachhaltig sein. Die Basis zur Erfüllung dieser Anforderungen wird bereits bei den Rohstoffen gelegt. Am Fraunhofer IFAM bildet daher die Entwicklung neuartiger Rohstoffe, wie z.B. reaktive Polymere oder Additive, einen Schwerpunkt der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Die entwickelten Rohstoffe werden dabei in anwendungsnahen Formulierungen und spezifischen Anwendungen erprobt. Zudem werden am Institut Musterrezepturen auf der Basis neuer Rohstoffe entwickelt, oftmals auch im direkten Auftrag von Rohstoffherstellern.

Bausteine aus der Natur, die durch Evolution bereits perfektioniert wurden, sind hervorragend dafür geeignet, neue Werkstoffe und Oberflächen mit unterschiedlichen Funktionalitäten zu entwickeln. Diese können je nach Bedarf beispielsweise antimikrobiell, biokompatibel oder biologisch abbaubar sein. Als Institut mit Schwerpunkten in den Bereichen Kleb- und Oberflächentechnik ist es unser Ziel, Eigenschaften zu generieren, die für konkrete Anwendungen mit Bezug auf die Adhäsion erforderlich sind. Dabei arbeiten wir vorrangig mit den klassischen Bausteinen aus der Natur wie Zucker, Fetten und Proteinen und daraus abgeleiteten biobasierten Polymeren.

Die Entwicklung und Evaluierung kundenspezifischer Materialien und Klebstoffe gehört zu einem zentralen Arbeitsschwerpunkt unseres Instituts. Klebstoffe als Verbundwerkstoffe spielen dabei eine große Rolle. Die hervorstechenden Eigenschaften dieser Klebstoffe sind darin begründet, dass der Verbund andere Eigenschaften als die Einzelkomponenten besitzt. Hier liegt auch das große Potential, denn es gibt eine Vielzahl an Rohstoffen, die – geschickt formuliert – die Endeigenschaften eines Klebstoffes optimieren können. Dadurch werden dem Klebstoff bestimmte Eigenschaften wie z.B. elektrische oder Wärmeleitfähigkeit, Zähigkeit, Flammenhemmung und auch die immer stärker in den Fokus gerückte Rezyklierbarkeit verliehen.

Ob Luftfahrt, Automotive oder Medizintechnik: Klebstoffe kommen heutzutage in den unterschiedlichsten Anwendungen und Branchen zum Einsatz. Doch Klebverbindungen bringen auch einige Herausforderungen mit sich. So müssen Klebstoffe oft zusätzliche Funktionen übernehmen, angepasste Verarbeitungseigenschaften aufweisen, hohe Beständigkeiten gegenüber Temperaturwechsel und Medien zeigen oder zum Ende der Lebensdauer geklebter Bauteile ein Entkleben ermöglichen. Um diese Herausforderungen zu meistern ist die Analyse der eingesetzten Klebstoffe unumgänglich. Wir nutzen verschiedene Methoden für die Optimierung von Klebstoffrezepturen, die Analyse von Schadensfällen oder die gezielte Charakterisierung von Klebstoffen für eine anwendungsbezogene Klebstoffauswahl.

Der 3D-Druck ist eines der gefragtesten Fertigungsverfahren der heutigen Zeit. Die Technologie zeichnet sich durch enorme Geometrieflexibilität und einen geringen Materialverbrauch aus. Mit dem Verfahren können in sehr kurzer Zeit hochwertige Prototypen hergestellt werden. Die additive Fertigung wird jedoch auch für die industrielle Serienproduktion zunehmend interessant. Bauteile können individuell angepasst und mit geringem manuellen Aufwand direkt aus dem CAD-Modell gefertigt werden, was das Verfahren z.B. für die Dentaltechnik, die Luft- und Raumfahrtbranche oder den Werkzeugbau interessant macht. Mit der zunehmenden Verbreitung und Weiterentwicklung der additiven Fertigung wird auch der Bedarf an speziellen Materialien immer größer. Am Fraunhofer IFAM werden verschiedenste reaktive Harzformulierungen für den 3D-Druck entwickelt. Hierbei steht neben den finalen Bauteileigenschaften die Abstimmung zwischen Drucker und Material im Fokus der Arbeiten.

Steigende Anforderungen an Produktivität, Ressourceneffizienz und Gesundheitsschutz verlangen bei vielen Anwendungen sehr spezielle Klebstoffe. Dafür sind besondere Formulierungen notwendig, die häufig noch nicht am Markt verfügbar sind. Hier sind wir der richtige Entwicklungspartner. Im Fokus unserer FuE-Arbeiten steht dabei die Nutzbarmachung neuartiger Rohstoffe für Klebstoffe mit bisher nicht erreichbaren Eigenschaften, wie Debonding on Demand oder extreme Schnellhärtung. Auch das Thema Nachhaltigkeit wird zunehmend wichtiger für Unternehmen. Hier setzen wir auf die Verwendung nachwachsender und toxikologisch unbedenklicher Rohstoffe in reaktiven Polymersystemen.

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.

MIT DER RICHTIGEN DÜSE ZUM IDEALEN KLEBSTOFFAUFTRAG FÜR DIE KLEBTECHNISCHE FERTIGUNG | Der Auftrag von Klebstoffen erfordert je nach Anwendung verschiedenste Technologien und Vorgehensweisen. Dazu gehören neben der passenden Dosieranlage auch die Düsen, mit denen die Klebstoffraupe aufgetragen wird, aber auch Strömungssimulationen für die jeweilige Düsenform. Im Applikationstechnikum des Fraunhofer IFAM finden wir heraus, wie Ihr klebtechnischer Fertigungsprozess am besten funktioniert – von der Auswahl der Mischer über die Dosieranlage bis hin zur richtigen Düse und Applikationsform.

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.

Industrielle Beschichtungen für Außenanwendungen sind mit einer Vielzahl von Anforderungen konfrontiert, um die Funktionalität und Sicherheit von Anlagen zu gewährleisten. Äußere Einflüsse wie Eisbildung und Erosion stellen eine große Herausforderung dar, da sie die Sicherheit beeinträchtigen und zu hohen Reparatur- und Wartungskosten führen können. Um diese Effekte zu reduzieren, entwickelt das Fraunhofer IFAM innovative Beschichtungstechnologien. Der Schwerpunkt liegt insbesondere auf eisphoben Beschichtungen, Heizschichten zur Enteisung sowie Erosionsschutzschichten.

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

Die Bearbeitung von Großbauteilen durch riesige Bearbeitungszentren ist oft ein Flaschenhals in der Produktion. Dabei ist die Prozessführung räumlich auf die Anlagengröße begrenzt und durch das Bauprinzip in der Flexibilität eingeschränkt. Dies wird durch den Einsatz mobiler Industrieroboter (IR) vermieden. Bei Verwendung von CNC-gesteuerten Robotern lassen sich zudem bestehende Programme weiter nutzen.

Durch die Kombination dieser seriellen Kinematiken mit externen Linearachsen resultieren vielseitige und anpassungsfähige Maschinenkonzepte für die Fertigung, auch bei der Produktion großer Bauteile.

Korrosion stellt eine ernsthafte Bedrohung für die Langlebigkeit und Funktionalität metallischer Bauteile dar. Sie wird durch Umwelteinflüsse und den Kontakt mit korrosiven Medien verursacht und führt weltweit zu enormen wirtschaftlichen Schäden. In einer Industrienation belaufen sich die direkten Kosten durch Korrosion auf jährlich schätzungsweise etwa drei bis vier Prozent des Bruttoinlandsprodukts (BIP). Eine frühzeitige Prävention ist daher entscheidend, um Werte zu erhalten und Kosten zu minimieren.

Auf dem Weg zur Optimierung von Robotersystemen ist eine außerordentlich leistungsfähige Softwareanwendung zur modellbasierten Kalibrierung von Industrierobotern am Fraunhofer IFAM in Stade entstanden.