Od leta 2025 vodi Fraunhofer IWU raziskovalno področje lahkega gradbeništva. Ta združitev združuje kompetence 16 Fraunhoferjevih inštitutov in oblikuje tako močno, interdisciplinarno platformo vzdolž celotne vrednostne verige lahkega gradbeništva – od razvoja materialov do potrjene uporabe v izdelku. Cilj je podjetjem ponuditi integrirane raziskovalne in razvojne storitve »na enem mestu« ter učinkovito prenesti inovacije v industrijske aplikacije.
Fraunhofer IWU zdaj usklajuje te dejavnosti. Prebojna ideja postane inovacija šele, ko se koncepti lahko prenesejo v izdelke: V skladu s to mislijo se Fraunhofer IWU osredotoča na lahkotno gradnjo, ki je prilagojena materialom in proizvodnji. Osrednji pristop je tako imenovana "sistemska lahkotna gradnja", pri kateri se materiali, konstrukcija in proizvodni procesi celovito optimizirajo.
Cilj je zmanjšati težo, prihraniti vire in hkrati povečati zmogljivost komponent za aplikacije, kot so avtomobilska industrija, strojništvo in gradnja naprav. Primer »3D-FiberTrain«: hitro razviti sprednjo masko ICE in jo brez dragih oblik hitreje izdelati.
V projektu 3D-FiberTrain so inštituti Fraunhofer IWU in Fraunhofer IMWS skupaj s partnerji iz industrije pokazali, kako je mogoče s kombinacijo velikoserijskega 3D-tiska in postopka 3D-lepljenja brez orodij proizvesti kompleksne in visoko obremenljive termoplastične kompozitne dele za železniška vozila. Opustitev oblikovalskih orodij, visok nivo avtomatizacije ter uporaba ponovno uporabnih termoplastičnih osnovnih materialov znižujejo proizvodne stroške in ogljični odtis. To še posebej velja za proizvodnjo manjših in srednje velikih serij.
V treh letih je konzorcij realiziral dva velikanska demonstratorja: sprednji odbijač in nos visokohitrostnega vlaka. Uporabljeni steklena vlakna ojačani polikarbonat je bil skrbno izbran in modificiran, da izpolnjuje izjemno visoke, specifične zahteve po požarni zaščiti za železniška vozila. Vgrajena zaščita pred plamenom predstavlja posebne izzive pri obdelavi v 3D-tisku.
Raziskovalci so se temu odzvali z naprednimi procesnimi simulacijami, ki lahko na primer napovedujejo toplotno povzročene deformacije komponent ali delaminacije ter tako preprečujejo drage napake pri tiskanju. Poleg tega so posebne metode optimizacije struktur omogočile zmanjšanje števila uporabljenih ojačitvenih trakov na mehanično nujno minimum – poleg opustitve oblikovnih orodij je to odločilni dejavnik za ekonomičnost postopka. V nadaljnjih raziskavah naj bi se v prihodnosti preučila neposredna obdelava reciklata v velikem formatu 3D-tiska, da bi še naprej spodbujali krožno gospodarstvo termoplastičnih komponent železniških vozil. Projekt tako dokazuje potencial aditivne proizvodnje za drastično skrajšanje časov razvoja v gradnji železniških vozil in hkrati za uresničitev trajnostnih, reciklabilnih lahkih struktur.
Fraunhofer raziskovalno področje lahkega gradbeništva: Močna zavezništvo iz 16 institutov
Raziskovalno področje združuje obsežne kompetence za razvoj in optimizacijo visoko sodobnih proizvodnih procesov za lahke strukture, vključno s hibridnimi termoplastičnimi komponentami, RTM in visokotlačnimi RTM postopki, avtomatizirano obdelavo trakov in prepregov ter inovativnimi pristopi k uporabi recikliranih vlakninskih materialov. To dopolnjuje strokovno znanje na področju tehnologij povezovanja in površinske obdelave, na primer v lepilni tehniki, laserski obdelavi in funkcionalni površinski obdelavi, da bi realizirali multifunkcionalne in dolgotrajne izdelke.
Za zagotavljanje razvitih rešitev raziskovalno področje nudi obsežno infrastrukturo za testiranje in validacijo. Ta sega od visoko ločljive nedestruktivne preizkušnje, na primer z visokenergijsko CT za velike komponente, do realističnih preizkusnih postaj za celotna vozila. To dopolnjujejo specializirane metode, kot je rentgenska diagnostika pri trkovnih obremenitvah, ter obsežne preizkusne in ocenjevalne metode za nove materiale, vključno z biobaziranimi in naravnimi vlakni ojačanimi materiali.
Poleg tehničnih jedrnih kompetenc se raziskovalno področje Fraunhofer osredotoča na krožno gospodarstvo in razvija rešitve za recikliranje kompozitov, ponovno uporabo materialov ter digitalne pristope za optimizacijo reciklažnih procesov.
Dodatna osredotočenost je na lahkotno gradnjo za baterijsko gnane vozila. Tukaj se razvijajo funkcionalno integrirane strukture, novi koncepti baterij ter rešitve za lahkotno gradnjo z zmanjšanim CO₂, ki povečujejo tako energetsko učinkovitost kot tudi doseg prihodnjih mobilnostnih rešitev.
Fraunhofer IWU je vodilni pri raziskovanju kovinskega pene kot inovativne rešitve za lahke in robustne ohišja baterij z optimiziranim termičnim upravljanjem.
Popoln dodatek: Fraunhofer IAP
Najmlajši član raziskovalnega področja je že eno leto Fraunhoferjev inštitut za aplikativno polimerno raziskovanje IAP. Fraunhofer IAP se osredotoča na svoje dejavnosti na področju lahkih konstrukcij, zlasti na polimernih materialih in tehnologijah kompozitov. Razvija prilagojene rešitve za lahke konstrukcije, od sinteze posebnih polimerov do polizdelkov in prototipov ter do industrijsko primernih proizvodnih procesov za visoko zmogljive komponente.
Tudi trajnost krožnih materialov, na primer z razvojem biobaziranih polimerov in ogljikovih vlaken ter reciklirnih kompozitnih materialov, spodbuja Fraunhofer IAP. Pri tem IAP ciljno obravnava scenarije na koncu življenjske dobe in strategije za ponovno uporabo lahkih konstrukcij.
Ne nazadnje inštitut dela na rešitvah za lahke konstrukcije za shranjevanje vodika in visoko učinkovitih rotornih listov za majhne vetrne turbine, pri čemer se skupaj optimizirajo konstrukcija, aerodinamika in proizvodnja.
V raziskovalnem področju lahke gradnje sodelujoči inštituti Fraunhofer.
Kratkoročna dinamika, Ernst-Mach-Institut, EMI | Kemijska tehnologija, ICT | Proizvodna tehnologija in uporabne raziskave materialov, IFAM | Livarstvo, kompozitna in obdelovalna tehnika, IGCV | Vgrajeni sistemi, IIS | Laserska tehnologija, ILT | Mikrostruktura materialov in sistemov, IMWS | Tehnologija proizvodnje, IPT | Tehnika plasti in površin, IST | Sistemi vetroenergije, IWES | Mehanika materialov, IWM | Strojni orodja in preoblikovalna tehnika, IWU | Neuničevalne preizkusne metode, IZFP | Obrtna trdnost in zanesljivost sistema, LBF | Raziskave lesa, WKI | Uporabne raziskave polimerov, IAP
Kontakt:
