Începând cu 2025, Fraunhofer IWU conduce domeniul de cercetare în construcții ușoare. Această asociere reunește competențele a 16 institute Fraunhofer și formează astfel o platformă interdisciplinară puternică pe întreaga lanț valoric al construcțiilor ușoare - de la dezvoltarea materialelor până la aplicarea validată în produs. Scopul este de a oferi companiilor servicii integrate de cercetare și dezvoltare „dintr-o singură sursă” și de a transforma inovațiile în aplicații industriale într-un mod eficient.
Fraunhofer IWU coordonează acum aceste activități. Inovațiile apar din idei revoluționare doar atunci când conceptele pot fi traduse în produse: Urmând această idee, Fraunhofer IWU se concentrează pe construcția ușoară adaptată materialelor și proceselor de fabricație. O abordare centrală este așa-numitul „sistem de construcție ușoară”, în care materialele, construcția și procesele de producție sunt optimizate în mod holistic.
Scopul este de a reduce greutatea, a economisi resurse și, în același timp, a crește performanța componentelor pentru aplicații în domeniul auto, construcțiilor de mașini și instalații. Exemplu » 3D-FiberTrain«: dezvoltarea rapidă a măștii frontale a unui ICE și fabricarea mai rapidă fără forme costisitoare.
În proiectul 3D-FiberTrain, institutele Fraunhofer IWU și Fraunhofer IMWS, împreună cu parteneri din industrie, au demonstrat cum, prin combinarea imprimării 3D de mari dimensiuni și a procesului de aplicare a benzii 3D, se poate realiza fabricarea fără unelte a componentelor complexe și foarte rezistente din fibră compozită termoplastică pentru vehiculele feroviare. Renunțarea la uneltele de formare, gradul ridicat de automatizare și utilizarea materialelor de bază din termoplast reutilizabile reduc costurile de producție, precum și amprenta de CO₂. Acest lucru este valabil în special pentru fabricarea unor cantități mici și medii.
În decurs de trei ani, consorțiul a realizat două demonstratoare de mari dimensiuni: un spoiler frontal și un bot al unui tren de mare viteză. Policarbonatul armate cu fibră de sticlă utilizat a fost selectat și modificat în mod special pentru a îndeplini cerințele extrem de ridicate de protecție împotriva incendiilor specifice vehiculelor feroviare. Protecția împotriva flăcărilor integrate prezintă provocări speciale în ceea ce privește procesabilitatea în imprimarea 3D.
Cercetătorii au abordat aceste probleme prin simulări de proces preliminare, care pot prezice, de exemplu, deformările pieselor cauzate de temperatură sau delaminările, evitând astfel imprimările greșite costisitoare. În plus, metodele speciale de optimizare a structurii au permis reducerea numărului de benzi de întărire aplicate la minimumul mecanic necesar – alături de eliminarea uneltelor de formare, un factor decisiv pentru rentabilitatea procesului. În lucrările viitoare, se va investiga procesarea directă a materialelor reciclate în imprimarea 3D de mari dimensiuni, pentru a avansa circulația componentelor din plastic termoplastic pentru vehiculele feroviare. Proiectul demonstrează astfel potențialul fabricării aditive de a reduce drastic timpii de dezvoltare în construcția de vehicule feroviare și, în același timp, de a realiza structuri ușoare, durabile și reciclabile.
Câmpul de cercetare Fraunhofer în domeniul construcțiilor ușoare: Alianță puternică formată din 16 institute
Domeniul de cercetare reunește competențe cuprinzătoare pentru dezvoltarea și optimizarea proceselor de fabricație de înaltă tehnologie pentru structuri ușoare, inclusiv componente hibride din termoplast, procese RTM și RTM la presiune înaltă, prelucrarea automată a benzilor și a materialelor prepreg, precum și abordări inovatoare pentru utilizarea materialelor fibrelor reciclate. Acest lucru este completat de expertiză în tehnologii de conectare și de suprafață, cum ar fi tehnica lipirii, prelucrarea cu laser și finisarea funcțională a suprafețelor, pentru a realiza produse multifuncționale și durabile.
Pentru asigurarea soluțiilor dezvoltate, domeniul de cercetare oferă o infrastructură extinsă de testare și validare. Aceasta variază de la inspecții nedistructive de înaltă rezoluție, cum ar fi CT-ul cu energie înaltă pentru componente mari, până la standuri de testare realiste pentru vehicule complete. Acest lucru este completat de proceduri specializate, cum ar fi diagnosticul cu raze X în cazul sarcinilor de impact, precum și metode cuprinzătoare de testare și evaluare pentru materiale inovatoare, inclusiv materiale pe bază de biomasă și materiale întărite cu fibre naturale.
Pe lângă aceste competențe tehnologice de bază, domeniul de cercetare Fraunhofer pentru economia circulară dezvoltă soluții pentru reciclarea compozitelor, reutilizarea materialelor, precum și abordări digitale pentru optimizarea proceselor de reciclare.
Un alt accent este pus pe construcția ușoară pentru vehiculele electrice. Aici se dezvoltă structuri integrate funcțional, noi concepte de baterii, precum și soluții de construcție ușoară cu emisii reduse de CO₂, care cresc atât eficiența energetică, cât și autonomia soluțiilor de mobilitate viitoare.
Fraunhofer IWU este lider în cercetarea spumelor metalice ca soluție inovatoare pentru carcase de baterii ușoare și robuste, cu un management termic optimizat.
Complement perfect: Fraunhofer IAP
Cel mai recent membru în domeniul cercetării este, de un an, Institutul Fraunhofer pentru Cercetări Polimerice Aplicate IAP. Fraunhofer IAP își concentrează activitățile de construcție ușoară în special pe materiale pe bază de polimeri și tehnologii de compozite din fibră. Acesta dezvoltă soluții personalizate pentru construcții ușoare, de la sinteza polimerilor speciali, la semifabricate și prototipuri, până la procese de fabricație adecvate pentru componente de înaltă performanță.
De asemenea, durabilitatea materialelor circulare, cum ar fi dezvoltarea polimerilor biobazici și a fibrelor de carbon, precum și a compozitelor adecvate pentru reciclare, este promovată de Fraunhofer IAP. În acest sens, IAP abordează în mod specific scenariile de sfârșit de viață și strategiile de reutilizare a structurilor ușoare.
Nu în ultimul rând, institutul lucrează la soluții de construcție ușoară pentru stocarea hidrogenului și la elice de rotor foarte eficiente pentru turbinele eoliene mici, unde construcția, aerodinamica și fabricația sunt optimizate împreună.
Institutele Fraunhofer care colaborează în domeniul cercetării construcțiilor ușoare
Dinamica pe termen scurt, Institutul Ernst Mach, EMI | Tehnologia chimică, ICT | Tehnologia de fabricație și cercetarea aplicată a materialelor, IFAM | Tehnologia turnării, compozitelor și prelucrării, IGCV | Circuite integrate, IIS | Tehnologia laserelor, ILT | Microstructura materialelor și sistemelor, IMWS | Tehnologia de producție, IPT | Tehnologia straturilor și a suprafețelor, IST | Sisteme de energie eoliană, IWES | Mecanică a materialelor, IWM | Mașini-unelte și tehnologia de deformare, IWU | Metode de testare nedistructive, IZFP | Rezistența la exploatare și fiabilitatea sistemelor, LBF | Cercetare în domeniul lemnului, WKI | Cercetare aplicată în domeniul polimerilor, IAP
Contact:
