Od roku 2025 vede Fraunhofer IWU výzkumnou oblast lehkého konstrukce. Tento spolek sdružuje kompetence 16 Fraunhoferových institutů a vytváří tak výkonnou, interdisciplinární platformu podél celé hodnotové řetězce lehkého konstrukce – od vývoje materiálů až po validovanou aplikaci v produktu. Cílem je poskytovat firmám integrované výzkumné a vývojové služby „z jedné ruky“ a efektivně převádět inovace do průmyslových aplikací.
Fraunhofer IWU nyní koordinuje tyto aktivity. Průlomové myšlenky se stávají inovacemi teprve tehdy, když se koncepty dají přetavit do produktů: V souladu s touto myšlenkou se Fraunhofer IWU zaměřuje na lehkou konstrukci přizpůsobenou materiálům a výrobním procesům. Centrálním přístupem je tzv. „systémová lehká konstrukce“, při které jsou materiály, konstrukce a výrobní procesy komplexně optimalizovány.
Cílem je snížit hmotnost, šetřit zdroje a zároveň zvýšit výkonnost komponentů pro aplikace například v automobilovém, strojírenském a zařízení. Příklad »3D-FiberTrain«: rychlý vývoj přední masky ICE a rychlejší výroba bez drahých forem.
V projektu 3D-FiberTrain ukázaly instituty Fraunhofer IWU a Fraunhofer IMWS společně s průmyslovými partnery, jak kombinace velkoformátového 3D tisku a 3D metody pokládání pásků umožňuje beznástrojovou výrobu složitých a vysoce zatížitelných termoplastických kompozitních dílů pro železniční vozidla. Vzdání se formovacích nástrojů, vysoký stupeň automatizace a použití znovu použitelných termoplastických výchozích materiálů snižují výrobní náklady i uhlíkovou stopu. To platí zejména pro výrobu malých a středních sérií.
Během tří let realizovalo konsorcium dva velkoformátové demonstrátory: přední nárazník a nosník vysokorychlostního vlaku. Použitý sklolaminátový polykarbonát byl cíleně vybrán a modifikován tak, aby splňoval extrémně vysoké, specifické požadavky na požární ochranu pro kolejová vozidla. Integrovaná ochrana proti plamenům představuje zvláštní výzvy při zpracovatelnosti v 3D tisku.
Těmto výzvám čelili výzkumníci pomocí předběžných procesních simulací, které například dokážou předpovědět deformace dílů způsobené teplem nebo delaminace, a tím se vyhnout nákladným chybám při tisku. Kromě toho speciální metody optimalizace struktury umožnily snížit počet použitých výztužných pásek na mechanicky nezbytné minimum – vedle zrušení formovacích nástrojů je to klíčový faktor pro ekonomičnost procesu. V dalších pracích se v budoucnu plánuje zkoumat přímé zpracování recyklátu ve velkoformátovém 3D tisku, aby se dále podpořilo uzavírání cyklu termoplastových komponentů železničních vozidel. Projekt tak dokazuje potenciál aditivní výroby drasticky zkrátit vývojové časy ve stavebnictví železničních vozidel a zároveň realizovat udržitelné, recyklovatelné lehké konstrukce.
Fraunhofer Výzkumné pole lehké konstrukce: Silná aliance 16 institutů
Výzkumné pole spojuje komplexní kompetence pro vývoj a optimalizaci vysoce moderních výrobních procesů pro lehké konstrukce, včetně hybridních termoplastových komponentů, RTM a vysokotlakých RTM procesů, automatizovaného zpracování pásek a prepregů, stejně jako inovativních přístupů k využití recyklovaných vláknových materiálů. To je doplněno odborností v oblasti spojovacích a povrchových technologií, například v lepení, laserovém zpracování a funkčním povrchovém zpracování, aby bylo možné realizovat multifunkční a trvanlivé produkty.
Pro zajištění vyvinutých řešení poskytuje výzkumné pole rozsáhlou testovací a validační infrastrukturu. Ta zahrnuje vysoce rozlišené nedestruktivní zkoušení, například pomocí vysokoenergetické CT pro velké součásti, až po realistické zkušební stanice pro kompletní vozidla. To je doplněno o specializované metody, jako je rentgenová diagnostika při nárazových zatíženích, a komplexní zkušební a hodnotící metody pro novátorské materiály, včetně biobazovaných a přírodních vláknem vyztužených materiálů.
Kromě těchto technologických klíčových kompetencí se výzkumné pole Fraunhofer zaměřuje na oběhové hospodářství a vyvíjí řešení pro recyklaci kompozitních materiálů, opětovné využití materiálů a digitální přístupy k optimalizaci recyklačních procesů.
Dalším zaměřením je lehká konstrukce pro bateriově poháněná vozidla. Zde se vyvíjejí funkčně integrované struktury, nové koncepty baterií a CO₂-redukční lehké konstrukční řešení, která zvyšují jak energetickou účinnost, tak dojezd budoucích mobilitních řešení.
Fraunhofer IWU je vedoucí institucí ve výzkumu kovových pěn jako inovativního řešení pro lehké a robustní bateriové kryty s optimalizovaným tepelným managementem.
Perfektní doplněk: Fraunhofer IAP
Nejnovějším členem výzkumného pole je již rok Fraunhoferův institut pro aplikovaný polymerní výzkum IAP. Fraunhofer IAP se zaměřuje na své aktivity v oblasti lehkých konstrukcí zejména na polymerní materiály a technologie kompozitních vláken. Vyvíjí na míru šité lehké konstrukční řešení od syntézy speciálních polymerů přes polotovary a prototypy až po průmyslově použitelné výrobní procesy pro vysoce výkonné komponenty.
Také udržitelnost cirkulárních materiálů, například prostřednictvím vývoje biobazovaných polymerů a uhlíkových vláken, stejně jako recyklovatelných kompozitních materiálů, je podporována Fraunhofer IAP. Při tom se IAP cíleně zaměřuje na scénáře na konci životnosti a strategie pro opětovné využití lehkých konstrukcí.
Nejmenší částí se institut zabývá lehkými konstrukcemi pro vodíkové zásobníky a vysoce efektivními rotorovými listy pro malé větrné elektrárny, kde jsou konstrukce, aerodynamika a výroba společně optimalizovány.
V oblasti výzkumu lehkých konstrukcí spolupracující Fraunhoferovy instituty
Krátkodynamika, Ernst-Mach-Institut, EMI | Chemická technologie, ICT | Technologie výroby a aplikovaný výzkum materiálů, IFAM | Slévárenství, kompozitní a zpracovatelská technologie, IGCV | Integrované obvody, IIS | Laserová technologie, ILT | Mikrostruktura materiálů a systémů, IMWS | Technologie výroby, IPT | Povrchová a vrstvená technologie, IST | Systémy větrné energie, IWES | Mechanika materiálů, IWM | Obráběcí stroje a tvářecí technologie, IWU | Nedeformující zkušební metody, IZFP | Provozní pevnost a spolehlivost systému, LBF | Výzkum dřeva, WKI | Aplikovaný výzkum polymerů, IAP
Kontakt:
