Depuis 2025, le Fraunhofer IWU dirige le domaine de recherche sur la construction légère. Cette collaboration regroupe les compétences de 16 instituts Fraunhofer et constitue ainsi une plateforme interdisciplinaire performante tout au long de la chaîne de valeur de la construction légère - du développement des matériaux à l'application validée dans le produit. L'objectif est de fournir aux entreprises des services de recherche et développement intégrés 'd'une seule main' et de transférer efficacement les innovations dans des applications industrielles.
Le Fraunhofer IWU coordonne désormais ces activités. Des idées novatrices ne deviennent des innovations que lorsque les concepts peuvent également être traduits en produits : Suivant cette pensée, le Fraunhofer IWU met l'accent sur la construction légère adaptée aux matériaux et à la fabrication. Une approche centrale est la 'construction légère système', où les matériaux, la construction et les processus de production sont optimisés de manière globale.
L'objectif est de réduire le poids, d'économiser des ressources tout en augmentant la performance des composants pour des applications dans le secteur de l'automobile, de la machine et de l'équipement. Exemple '3D-FiberTrain' : Développer rapidement le masque avant d'un ICE et produire plus rapidement sans moules coûteux.
Dans le projet 3D-FiberTrain, les instituts Fraunhofer IWU et Fraunhofer IMWS, en collaboration avec des partenaires industriels, ont démontré comment la combinaison de l'impression 3D grand format et du procédé de pose de bandes 3D permet la fabrication sans outils de composants en composites thermoplastiques complexes et hautement chargés pour les véhicules ferroviaires. L'abandon des outils de formage, le haut degré d'automatisation ainsi que l'utilisation de matériaux de base thermoplastiques réutilisables réduisent les coûts de production ainsi que l'empreinte carbone. Cela est particulièrement vrai pour la fabrication de petites et moyennes séries.
Au cours de trois ans, le consortium a réalisé deux démonstrateurs grand format : un nez avant et un nez d'un train à grande vitesse. Le polycarbonate renforcé de fibres de verre utilisé a été soigneusement sélectionné et modifié pour répondre aux exigences de protection incendie spécifiques aux véhicules ferroviaires. La protection contre les flammes pose des défis particuliers en matière de traitement dans l'impression 3D.
Les chercheurs ont relevé ces défis par des simulations de processus anticipées, qui peuvent par exemple prédire la déformation des pièces due à la chaleur ou des délaminations, évitant ainsi des impressions coûteuses. De plus, des méthodes d'optimisation structurelle spécifiques ont permis de réduire le nombre de bandes de renforcement appliquées au minimum mécaniquement nécessaire - en plus de l'absence d'outils de formage, un levier décisif pour la rentabilité du procédé. Dans des travaux futurs, le traitement direct de recyclat dans l'impression 3D grand format sera examiné pour faire progresser davantage la circulation des composants ferroviaires thermoplastiques. Le projet démontre ainsi le potentiel de la fabrication additive à réduire drastiquement les délais de développement dans la construction ferroviaire tout en réalisant des structures légères durables et recyclables.
Domaine de recherche Fraunhofer sur la construction légère : Une forte alliance de 16 instituts
Le domaine de recherche regroupe des compétences complètes pour le développement et l'optimisation de processus de fabrication de pointe pour des structures légères, notamment des composants thermoplastiques hybrides, des procédés RTM et RTM haute pression, le traitement automatisé de bandes et de préimprégnés ainsi que des approches innovantes pour l'utilisation de matériaux de fibres recyclées. Cela est complété par une expertise en technologies de liaison et de surface, par exemple dans la technique de collage, le traitement au laser et la finition de surfaces fonctionnelles, pour réaliser des produits multifonctionnels et durables.
Pour garantir les solutions développées, le domaine de recherche met à disposition une infrastructure de test et de validation complète. Cela va de l'examen non destructif haute résolution, par exemple par CT haute énergie pour de grandes pièces, jusqu'à des conditions d'essai proches de la réalité pour des véhicules complets. Cela est complété par des méthodes spécialisées telles que le diagnostic par rayons X en cas de charges d'impact ainsi que des méthodes d'essai et d'évaluation complètes pour de nouveaux matériaux, y compris des matériaux biosourcés et renforcés de fibres naturelles.
En plus de ces compétences technologiques clés, le domaine de recherche Fraunhofer sur l'économie circulaire développe des solutions pour le recyclage des composites, la réutilisation des matériaux ainsi que des approches numériques pour l'optimisation des processus de recyclage.
Un autre axe important est la construction légère pour les véhicules à batterie. Ici, des structures intégrées fonctionnelles, de nouveaux concepts de batteries ainsi que des solutions légères réduites en CO₂ sont développés, qui augmentent à la fois l'efficacité énergétique et l'autonomie des solutions de mobilité futures.
Le Fraunhofer IWU est à la pointe de la recherche sur les mousses métalliques comme solution innovante pour des boîtiers de batterie légers et robustes avec une gestion thermique optimisée.
Complément parfait : le Fraunhofer IAP
Le plus récent membre du domaine de recherche est depuis un an l'institut Fraunhofer pour la recherche appliquée sur les polymères IAP. Le Fraunhofer IAP concentre ses activités sur la construction légère principalement sur des matériaux à base de polymères et des technologies de composites. Il développe des solutions légères sur mesure, de la synthèse de polymères spéciaux aux semi-produits et prototypes jusqu'aux processus de fabrication adaptés à l'industrie pour des composants haute performance.
La durabilité des matériaux circulaires, par exemple par le développement de polymères biosourcés et de fibres de carbone ainsi que de composites adaptés au recyclage, est également promue par le Fraunhofer IAP. L'IAP s'attaque spécifiquement aux scénarios de fin de vie et aux stratégies de réutilisation des structures légères.
Enfin, l'institut travaille sur des solutions légères pour le stockage d'hydrogène et des pales de rotor hautement efficaces pour des petites éoliennes, où la conception, l'aérodynamique et la fabrication sont optimisées ensemble.
Instituts Fraunhofer coopérant dans le domaine de la construction légère
Dynamique à court terme, Institut Ernst-Mach, EMI | Technologie chimique, ICT | Technologie de fabrication et recherche appliquée sur les matériaux, IFAM | Technique de fonderie, composites et transformation, IGCV | Circuits intégrés, IIS | Technologie laser, ILT | Microstructure des matériaux et systèmes, IMWS | Technologie de production, IPT | Technologie des couches et des surfaces, IST | Systèmes d'énergie éolienne, IWES | Mécanique des matériaux, IWM | Machines-outils et technologie de formage, IWU | Méthodes d'essai non destructives, IZFP | Résistance opérationnelle et fiabilité des systèmes, LBF | Recherche sur le bois, WKI | Recherche appliquée sur les polymères, IAP
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