Dal 2025, il Fraunhofer IWU guida il campo di ricerca della costruzione leggera. Questa unione raccoglie le competenze di 16 istituti Fraunhofer e forma così una piattaforma interdisciplinare potente lungo l'intera catena del valore della costruzione leggera - dallo sviluppo dei materiali fino all'applicazione validata nel prodotto. L'obiettivo è fornire alle aziende servizi di ricerca e sviluppo integrati "da un'unica fonte" e trasferire le innovazioni in modo efficiente nelle applicazioni industriali.
Il Fraunhofer IWU coordina ora queste attività. Le idee pionieristiche diventano innovazioni solo quando i concetti possono essere tradotti in prodotti: seguendo questo pensiero, il Fraunhofer IWU si concentra sulla costruzione leggera adeguata ai materiali e ai processi di produzione. Un approccio centrale è il cosiddetto "costruzione leggera di sistema", in cui materiali, costruzione e processi produttivi vengono ottimizzati in modo globale.
L'obiettivo è ridurre il peso, risparmiare risorse e allo stesso tempo aumentare le prestazioni dei componenti per applicazioni nel settore automobilistico, della meccanica e della costruzione di impianti. Esempio » 3D-FiberTrain«: sviluppare rapidamente il frontale di un ICE e produrlo più velocemente senza costose forme.
Nel progetto 3D-FiberTrain, gli istituti Fraunhofer IWU e Fraunhofer IMWS, insieme a partner industriali, hanno dimostrato come la combinazione della stampa 3D di grande formato e del processo di laminazione 3D consenta la produzione senza attrezzi di componenti in composito di fibra termoplastica complessi e altamente resistenti per veicoli ferroviari. L'assenza di attrezzature di stampo, l'elevato grado di automazione e l'uso di materiali di partenza termoplastici riutilizzabili riducono i costi di produzione così come l'impronta di CO₂. Questo è particolarmente vero per la produzione di piccole e medie quantità.
Nel corso di tre anni, il consorzio ha realizzato due dimostratori di grande formato: un paraurti anteriore e un muso di un treno ad alta velocità. Il policarbonato rinforzato con fibra di vetro utilizzato è stato selezionato e modificato specificamente per soddisfare i requisiti di protezione antincendio estremamente elevati e specifici per i veicoli ferroviari. La protezione contro le fiamme presenta sfide particolari per la lavorabilità nella stampa 3D.
I ricercatori hanno affrontato queste sfide con simulazioni di processo preliminari, che possono ad esempio prevedere la deformazione dei componenti dovuta al calore o le delaminazioni, evitando così costosi errori di stampa. Inoltre, metodi speciali di ottimizzazione strutturale hanno permesso di ridurre il numero di nastri di rinforzo applicati al minimo meccanicamente necessario - oltre all'eliminazione degli utensili di forma, un fattore decisivo per la redditività del processo. In lavori futuri, si intende esaminare la lavorazione diretta di materiali riciclati nella stampa 3D di grande formato, per promuovere ulteriormente il riciclo dei componenti per veicoli ferroviari in plastica termoplastica. Il progetto dimostra così il potenziale della produzione additiva di ridurre drasticamente i tempi di sviluppo nella costruzione di veicoli ferroviari, realizzando al contempo strutture leggere sostenibili e riciclabili.
Fraunhofer Campo di Ricerca sul Lightweight: Una forte alleanza di 16 istituti
Il campo di ricerca unisce competenze complete per lo sviluppo e l'ottimizzazione di processi di produzione all'avanguardia per strutture leggere, tra cui componenti ibridi in termoplastica, processi RTM e RTM ad alta pressione, lavorazione automatizzata di nastri e prepreg, nonché approcci innovativi per l'utilizzo di materiali fibrosi riciclati. Questo è completato da un'expertise nelle tecnologie di giunzione e superficie, come la tecnologia adesiva, la lavorazione laser e la finitura superficiale funzionale, per realizzare prodotti multifunzionali e durevoli.
Per la messa in sicurezza delle soluzioni sviluppate, il campo di ricerca offre un'ampia infrastruttura di test e validazione. Questa va dalla prova non distruttiva ad alta risoluzione, ad esempio tramite CT ad alta energia per grandi componenti, fino a banchi di prova realistici per veicoli completi. Ciò è integrato da procedure specializzate come la diagnostica a raggi X in caso di sollecitazioni da urto, nonché da metodi di prova e valutazione completi per materiali innovativi, inclusi materiali biobased e rinforzati con fibre naturali.
Oltre a queste competenze tecnologiche di base, il campo di ricerca Fraunhofer per l'economia circolare sviluppa soluzioni per il riciclaggio dei compositi, il riutilizzo dei materiali e approcci digitali per l'ottimizzazione dei processi di riciclaggio.
Un ulteriore focus è rappresentato dalla costruzione leggera per veicoli alimentati a batteria. Qui vengono sviluppate strutture integrate funzionalmente, nuovi concetti di batteria e soluzioni di costruzione leggera con riduzione di CO₂, che aumentano sia l'efficienza energetica che l'autonomia delle future soluzioni di mobilità.
Il Fraunhofer IWU è leader nella ricerca sulla schiuma metallica come soluzione innovativa per involucri di batterie leggeri e robusti con gestione termica ottimizzata.
Perfetta integrazione: il Fraunhofer IAP
Il membro più recente nel campo della ricerca è da un anno l'Istituto Fraunhofer per la Ricerca Applicata sui Polimeri IAP. Il Fraunhofer IAP concentra le sue attività nel settore dei materiali leggeri in particolare su materiali a base di polimeri e tecnologie dei compositi. Sviluppa soluzioni di costruzione leggera su misura, dalla sintesi di polimeri speciali a semilavorati e prototipi fino a processi di produzione adatti all'industria per componenti ad alte prestazioni.
Anche la sostenibilità dei materiali circolari, ad esempio attraverso lo sviluppo di polimeri biobasati e fibre di carbonio, nonché di compositi progettati per il riciclaggio, è promossa dal Fraunhofer IAP. In questo contesto, l'IAP affronta specificamente scenari di fine vita e strategie per il riutilizzo delle strutture leggere.
Non da ultimo, l'istituto lavora su soluzioni di costruzione leggera per serbatoi di idrogeno e pale rotanti ad alta efficienza per impianti eolici di piccole dimensioni, in cui progettazione, aerodinamica e produzione vengono ottimizzate insieme.
Istituti Fraunhofer che collaborano nel campo della ricerca sulla costruzione leggera
Dinamica a breve termine, Istituto Ernst Mach, EMI | Tecnologia chimica, ICT | Tecnologie di produzione e ricerca applicata sui materiali, IFAM | Tecnologie di fusione, compositi e lavorazione, IGCV | Circuiti integrati, IIS | Tecnologie laser, ILT | Microstruttura dei materiali e dei sistemi, IMWS | Tecnologia di produzione, IPT | Tecnologie di rivestimento e superficie, IST | Sistemi di energia eolica, IWES | Meccanica dei materiali, IWM | Macchine utensili e tecnologia di deformazione, IWU | Metodi di prova non distruttivi, IZFP | Resistenza operativa e affidabilità del sistema, LBF | Ricerca sul legno, WKI | Ricerca applicata sui polimeri, IAP
Contatto:
