Technologien

Sichere Entformung, optimierte Effizienz und Qualität: Trennmittelfreie FVK-Großbauteil-Fertigung

Das Fraunhofer IFAM entwickelt KI-basierte Systeme zur automatischen Bilderkennung für industrielle Qualitätssicherung und Prozesssteuerung. Unsere Lösungen kombinieren klassische Bildverarbeitung mit Deep Learning, um Fehler, Anomalien und Abweichungen in Echtzeit zu erkennen. So unterstützen wir Unternehmen dabei, ihre Produktionsprozesse zu automatisieren, die Produktqualität kontinuierlich zu überwachen und Kosten durch Ausschuss und Nacharbeit zu senken.

PRÄZISES LASERSCHNEIDEN UND BLECHPAKETFERTIGUNG FÜR ELEKTRISCHE ANTRIEBE | Der Kern eines elektrischen Antriebs entscheidet maßgeblich über Effizienz, Leistungsdichte und Wirkungsgrad. Präzise geschnittene Stator- und Rotorbleche reduzieren Wirbelstromverluste, verbessern die magnetischen Eigenschaften und ermöglichen höhere Drehzahlen. Durch hochgenaues Laserschneiden von Elektroblech und eine fertigungsgerechte Auslegung von Blechpaketen unterstützen wir Forschungs- und Entwicklungsprojekte ebenso wie industrielle Anwendungen.

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.

HERSTELLUNG VON METALL- UND KERAMIKBAUTEILEN MITTELS EXTRUSION UND SINTERN | Das Extrudieren ist eines der gängigsten Formgebungsverfahren zur Herstellung länglicher Strukturen mit konstantem, oft komplexem Querschnitt. Produkte, die durch Extrusion erzeugt werden, sind z.B. Rohre, Schläuche oder auch Keil- und Zahnriemen. Das Fraunhofer IFAM fokussiert sich in seinen Forschungsarbeiten u.a. auf die Pulverextrusion. Dabei werden thermoplastische Formmassen mit hohen Anteilen an Metall- oder Keramikpulvern extrudiert und anschließend entbindert und gesintert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Materialentwicklung und –anpassung entlang der gesamten Prozesskette, um optimale Ergebnisse für die individuellen Bedürfnisse unserer Kunden zu erzielen.

Humanoide Roboter eröffnen neue Möglichkeiten für Industrie, Handwerk, Gartenbau und Landwirtschaft

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.

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.

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.

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.

Die Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) ist eine der leistungsfähigsten Methoden zur chemischen Analyse von Oberflächen. Sie liefert detaillierte Informationen über die Elementkonzentrationen, chemischen Bindungszustände und Oxidationsstufen der äußersten 1-10 Nanometer eines Materials. Zudem ist auch eine Sputter-Tiefenprofilierung möglich. Damit ist XPS unverzichtbar für Schadensanalytik, Qualitätssicherung und Materialforschung – insbesondere in der Elektronik, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt, Kunststoff- und Lackindustrie.

Die Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie (ToF-SIMS) ist eine hochempfindliche Methode zur Analyse der molekularen Zusammensetzung von Oberflächen. ToF-SIMS ist unverzichtbar für industrielle Schadensanalyse und Qualitätssicherung und eignet sich ideal zur Aufklärung von Schichtaufbauten, Identifikation filmischer oder partikulärer Kontaminationen und Schadensanalyse an Beschichtungen, Klebungen und Lackierungen – zum Beispiel in der Elektronik, Medizintechnik, Kunststoff- und Lackindustrie oder in der Materialforschung.

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

Die Elementaranalyse am Fraunhofer IFAM Dresden ermöglicht die präzise quantitative Bestimmung von Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel in metallischen, keramischen und anorganischen Werkstoffen. Mithilfe von CHNS- und ONH-Verfahren liefern wir zuverlässige Analysedaten für Qualitätskontrolle, Werkstoffentwicklung sowie Forschungs- und Industrieanwendungen.

NASSCHEMISCHE OBERFLÄCHENVORBEHANDLUNG FÜR HOCHWERTIGERE KLEBUNGEN UND BESCHICHTUNGEN | Die nasschemische Vorbehandlung, oft auch als Galvanik oder Galvanotechnik bezeichnet, nimmt im Bereich der Oberflächenvorbehandlung noch immer eine Schlüsselposition in vielen Industriezweigen ein, so z. B. in der Luftfahrtindustrie, der Medizintechnik oder der Automobilbranche. Das Fraunhofer IFAM unterstützt hierbei mit der Entwicklung und Optimierung von diversen Verfahren sowie Produkten der nasschemischen Oberflächenbehandlung für Metalle.

UMWELTSCHONENDE UND RESSOURCENEFFIZIENTE BEARBEITUNG VON OBERFLÄCHEN | Die Lasertechnik bietet vielfältige Möglichkeiten zur Reinigung und Modifikation von Oberflächen. Beispielsweise können Metalloberflächen gegenüber einer Korrosion beständiger gemacht, die Haftfestigkeit eines Lacks oder Klebstoffs verbessert oder speicherfähige und Flüssigkeiten transportierende Schichten erzeugt werden.

ABTRAG À LA CARTE - SELEKTIV ODER BIS AUF DAS SUBSTRAT | Der Laser als abtragendes Verfahren ist ideal dazu geeignet, Beschichtungen von Oberflächen zu entfernen und direkt für eine Wiederbeschichtung vorzubereiten. Dies spart insbesondere bei einer lokalen Reparatur Zeit und Geld, da der Laser ohne Maske kantenscharf geführt werden kann. Je nach Materialkombinationen und den verwendeten Laserparametern kann dabei selektiv eine Beschichtung entfernt oder bis auf das Grundsubstrat bei nahezu gleichbleibender Oberflächengüte entschichtet werden.

REINIGEN UND FUNKTIONALISIEREN VON OBERFLÄCHEN MIT LICHT - ZUM WOHLE DER UMWELT | Saubere, modifizierte Oberflächen bilden die Grundlage für langzeitstabile Klebungen und Lackierungen. Die Oberflächenbehandlung mittels Laser bietet viele Vorteile gegenüber anderen Verfahren: Die Oberflächen werden nicht nur gereinigt, sondern in einem Ein-Schritt-Prozess werden parallel die Topographie und Chemie nach individuellen Bedürfnissen angepasst. Und das Ganze umweltschonend, ressourceneffizient und in einer kompakten Bauweise, die einfach in bestehende Prozessketten integriert werden kann.

Das Fraunhofer IFAM in Stade entwickelt automatisierte, zukunftsweisende Füge- und Dichtprozesse für zahlreiche Branchen, darunter Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Schienenfahrzeugbau, Schiffbau und den Energiesektor, bis hin zum 1:1-Maßstab. Die individuellen Lösungen basieren auf den anwendungsspezifischen Anforderungen beim Fügen oder Versiegeln von Strukturen.

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.

Im Ausbildungs- und Kompetenzzentrum für humanoide Robotik im Gartenbau des Fraunhofer IFAM in Stade wird untersucht, wie humanoide Roboter dieses Erfahrungswissen erlernen, mit bestehenden Künstliche Intelligenz-Modellen (KI-Modellen) der Objekterkennung kombinieren und daraus situationsgerechte Handlungen ableiten können.

INNOVATIVE FERTIGUNGSLÖSUNGEN FÜR KOMPLEXE BAUTEILE | Die industrielle Fertigung steht zunehmend vor der Herausforderung, komplexe Bauteile schneller, flexibler und wirtschaftlicher herzustellen – insbesondere Prototypen und Kleinserien. Branchen wie Automotive, Maschinenbau, Medizintechnik und Luftfahrt benötigen funktionale Bauteile mit seriennahen Eigenschaften, ohne lange Entwicklungszeiten oder hohe Werkzeugkosten in Kauf nehmen zu müssen. Mit Freeform Metal Injection Moulding (Freeform MIM) steht am Fraunhofer IFAM eine innovative Lösung zur Verfügung. Die Technologie verbindet die Vorteile eines industriell etablierten Serienverfahrens – des Pulverspritzgießens – mit der Flexibilität der additiven Fertigung.

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.

INNOVATIVE WERKSTOFFE MIT MAßGESCHNEIDERTEN EIGENSCHAFTEN | Metall-Keramik-Komposite ermöglichen Eigenschaftskombinationen, die mit klassischen Werkstoffen nicht realisierbar sind – etwa gute elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Härte oder Verschleißfestigkeit. Am Fraunhofer IFAM entwickeln wir diese Multi Material Werkstoffe entlang der gesamten Prozesskette: von der Materialentwicklung über die Aufbereitung bis zur Formgebung und Anwendung.

Maßgeschneiderte Systeme für die Applikation von Klebebändern/ Klebfilmen für Kraftübertragung, Spaltausgleich, Abdichtung und Kennzeichnung.

Das Fraunhofer IFAM beschäftigt sich seit 2008 mit Elektromobilität und gießtechnischer Herstellung von Komponenten des elektrischen Antriebs. Im Fokus stehen die Entwicklung und Erprobung neuer Gießkonzepte und Konstruktionsweisen für Gussteile des Elektromotors. Mit der Analyse und Bewertung von Gussteilen für den Karosseriebau elektrischer Fahrzeuge wurde das Kompetenzfeld erweitert und widmet sich hierbei insbesondere dem Giga-Casting.

In allen Füge- und Dichtprozessen in der Fertigung sind die Vermessung und das Verständnis vorhandener Spalte zwischen Bauteiloberflächen entscheidend. Die genaue Charakterisierung der Spalte trägt erheblich dazu bei, optimale Verbindungen zwischen den Oberflächen der zu verbindenden Komponenten zu erreichen. Das Fraunhofer IFAM in Stade hat hierfür eine neuartige automatisierte Methode entwickelt, die vorab eine präzise Aufzeichnung von Spalten und Oberflächentopographien ermöglicht und dadurch die nachfolgende individuelle Kompensation der Spalte optimiert. Dieser Fortschritt verbessert nicht nur die Effizienz und Qualität des Füge-, Dicht- bzw. Montageprozesses, sondern reduziert auch den zeitlichen Aufwand für manuelle Anpassungen erheblich.

PLASMA- UND LASERVERFAHREN: DIE UMWELTFREUNDLICHE ART DER OBERFLÄCHENVORBEHANDLUNG | Ressourcen- und umweltschonende Verfahren sind gefragter denn je. Die Funktionalisierung von Bauteilen mittels Plasma- oder Lasertechnik ermöglicht es, den Einsatz von Nasschemie wie Lösemitteln und Primern massiv zu reduzieren. Dadurch wird der CO2-Fußabdruck von Fertigungsprozessen und Produkten deutlich verbessert. Am Fraunhofer IFAM werden aktuell vielseitige Anwendungsmöglichkeiten von Plasma- und Lasertechniken zur Vorbehandlung und Funktionalisierung von unterschiedlichsten Oberflächen wie zum Beispiel Metallen, Polymeren und Glas erforscht.

EFFIZIENTE PLASMABESCHICHTUNG MIT MAßGESCHNEIDERTEN DÜSEN | Die inline-Beschichtung mit Atmosphärendruck-Plasmen hat sich als nachhaltige Lösung in der industriellen Fertigung etabliert. Die Technik bietet beispielsweise umweltfreundlichen Korrosionsschutz und ermöglicht die sichere Haftvermittlung von Klebstoffen und Lacken – und das ohne den Einsatz schädlicher Primer. Dabei stellt jedes industrielle Einsatzszenario individuelle Herausforderungen: Von der Beschichtungsbreite über die Zugänglichkeit komplexer, dreidimensionaler Bauteile bis zur Behandlung temperatursensitiver Materialien. Am Fraunhofer IFAM werden maßgeschneiderte Düsenköpfe entwickelt, die flexibel auf die unterschiedlichen Anforderungen reagieren.

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.