Desde 2025, el Fraunhofer IWU dirige el campo de investigación en construcción ligera. Esta unión agrupa las competencias de 16 institutos Fraunhofer y forma así una plataforma interdisciplinaria y potente a lo largo de toda la cadena de valor de la construcción ligera, desde el desarrollo de materiales hasta la aplicación validada en el producto. El objetivo es proporcionar a las empresas servicios integrados de investigación y desarrollo 'de una sola mano' y transferir innovaciones de manera eficiente a aplicaciones industriales.
El Fraunhofer IWU coordina ahora estas actividades. Las ideas innovadoras se convierten en innovaciones solo cuando los conceptos se pueden traducir en productos: Siguiendo este pensamiento, el Fraunhofer IWU se centra en la construcción ligera adecuada para materiales y procesos de fabricación. Un enfoque central es la llamada 'construcción ligera de sistemas', donde se optimizan de manera integral los materiales, la construcción y los procesos de producción.
El objetivo es reducir el peso, ahorrar recursos y al mismo tiempo aumentar la capacidad de los componentes para aplicaciones en la construcción de automóviles, maquinaria e instalaciones. Ejemplo '3D-FiberTrain': desarrollar rápidamente la máscara frontal de un ICE y fabricarla más rápido sin moldes costosos.
En el proyecto 3D-FiberTrain, los institutos Fraunhofer IWU y Fraunhofer IMWS, junto con socios de la industria, mostraron cómo, mediante la combinación de impresión 3D de gran formato y el proceso de colocación de cinta 3D, se logra la fabricación sin herramientas de componentes de fibra compuesta termoplástica complejos y altamente resistentes para vehículos ferroviarios. La renuncia a herramientas de molde, el alto grado de automatización y el uso de materiales de partida basados en termoplásticos reutilizables reducen los costos de fabricación así como la huella de CO₂. Esto es especialmente cierto para la producción de cantidades pequeñas y medianas.
En un período de tres años, el consorcio realizó dos demostradores de gran formato: un cortador frontal y un morro de un tren de alta velocidad. El policarbonato reforzado con fibra de vidrio utilizado fue seleccionado y modificado de manera que cumpla con los extremadamente altos requisitos de protección contra incendios específicos de vehículos ferroviarios. La protección contra llamas integrada presenta desafíos especiales en la procesabilidad en la impresión 3D.
Los investigadores abordaron estos desafíos con simulaciones de procesos anticipadas, que pueden predecir, por ejemplo, la deformación de componentes debido al calor o las delaminaciones, y así evitar impresiones erróneas costosas. Además, métodos especiales de optimización estructural permitieron reducir el número de cintas de refuerzo aplicadas al mínimo mecánicamente necesario, además de la eliminación de herramientas de molde, un factor decisivo para la rentabilidad del proceso. En trabajos futuros, se investigará el procesamiento directo de reciclados en la impresión 3D de gran formato para avanzar en el ciclo de vida de los componentes ferroviarios termoplásticos. El proyecto demuestra así el potencial de la fabricación aditiva para reducir drásticamente los tiempos de desarrollo en la construcción de vehículos ferroviarios y, al mismo tiempo, realizar estructuras ligeras sostenibles y reciclables.
Campo de investigación de Fraunhofer en construcción ligera: fuerte alianza de 16 institutos
El campo de investigación reúne amplias competencias para el desarrollo y optimización de procesos de fabricación de última generación para estructuras ligeras, incluidos componentes híbridos de termoplástico, procesos RTM y RTM de alta presión, procesamiento automatizado de cinta y prepreg, así como enfoques innovadores para el uso de materiales de fibra reciclados. Esto se complementa con experiencia en tecnologías de unión y superficie, como la tecnología de adhesivos, procesamiento láser y acabado funcional de superficies, para realizar productos multifuncionales y duraderos.
Para asegurar las soluciones desarrolladas, el campo de investigación proporciona una amplia infraestructura de pruebas y validación. Esta abarca desde pruebas no destructivas de alta resolución, como la CT de alta energía para grandes componentes, hasta condiciones de prueba cercanas a la realidad para vehículos completos. Esto se complementa con procedimientos especializados como la radiografía en cargas de choque y métodos de prueba y evaluación exhaustivos para nuevos materiales, incluidos materiales biobasados y reforzados con fibras naturales.
Además de estas competencias tecnológicas clave, el campo de investigación de Fraunhofer está dedicado a la economía circular y desarrolla soluciones para el reciclaje de compuestos, la reutilización de materiales y enfoques digitales para la optimización de procesos de reciclaje.
Otro enfoque es la construcción ligera para vehículos eléctricos. Aquí se desarrollan estructuras integradas funcionalmente, nuevos conceptos de baterías y soluciones de construcción ligera con reducción de CO₂, que aumentan tanto la eficiencia energética como la autonomía de las soluciones de movilidad futuras.
El Fraunhofer IWU lidera la investigación sobre espuma metálica como solución innovadora para carcasas de baterías ligeras y robustas con gestión térmica optimizada.
Complemento perfecto: el Fraunhofer IAP
El miembro más reciente del campo de investigación es desde hace un año el Instituto Fraunhofer de Investigación Polimérica Aplicada IAP. El Fraunhofer IAP se centra en sus actividades de construcción ligera especialmente en materiales basados en polímeros y tecnologías de compuestos de fibra. Desarrolla soluciones de construcción ligera a medida desde la síntesis de polímeros especiales hasta semielaborados y prototipos, así como procesos de fabricación adecuados para la industria para componentes de alto rendimiento.
También se promueve la sostenibilidad de los materiales circulares, por ejemplo, mediante el desarrollo de polímeros biobasados y fibras de carbono, así como compuestos adecuados para el reciclaje, por parte del Fraunhofer IAP. En este contexto, el IAP aborda específicamente los escenarios de fin de vida y las estrategias para la reutilización de estructuras ligeras.
Por último, el instituto trabaja en soluciones de construcción ligera para almacenamiento de hidrógeno y palas de rotor altamente eficientes para pequeñas turbinas eólicas, donde se optimizan conjuntamente la construcción, la aerodinámica y la fabricación.
Institutos Fraunhofer que cooperan en el campo de investigación de construcción ligera
Dinámica a corto plazo, Instituto Ernst-Mach, EMI | Tecnología química, ICT | Tecnología de fabricación e investigación de materiales aplicados, IFAM | Fundición, tecnología de compuestos y procesamiento, IGCV | Circuitos integrados, IIS | Tecnología láser, ILT | Microestructura de materiales y sistemas, IMWS | Tecnología de producción, IPT | Tecnología de capas y superficies, IST | Sistemas de energía eólica, IWES | Mecánica de materiales, IWM | Máquinas herramienta y tecnología de conformado, IWU | Métodos de prueba no destructivos, IZFP | Resistencia operativa y fiabilidad del sistema, LBF | Investigación de madera, WKI | Investigación polimérica aplicada, IAP
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