Aktuelles

Ein Konsortium aus Fraunhofer IWS, Technischer Universität Dresden, ArianeGroup und dem Warschauer Institute of Aviation hat einen bedeutenden Durchbruch in der Raumfahrttechnik erzielt: Der erste erfolgreiche Heißgastest eines 3D-gedruckten Aerospike-Triebwerks mit einer nachhaltigen Treibstoffkombination aus Wasserstoffperoxid und Kerosin. Dieses Projekt wurde in Zusammenarbeit im Rahmen des von der European Space Agency (ESA) geförderten Projekts ASPIRER durchgeführt. Die Resultate des Tests haben das Potenzial, die Effizienz von Raumfahrtmissionen zu steigern.

Verfahren wie die Computer-Tomografie und der Ultraschall gewähren einen zerstörungsfreien Blick ins Innere eines Werkstücks. Sie liefern aber zu wenige Informationen über die Struktur und die Eigenschaften des Werkstoffs. Anders verhält es sich beim Serial Sectioning. Auch wenn das Probenteil nach und nach abgetragen wird, bietet die Methode im Gegensatz zu zerstörungsfreien Methoden deutliche Vorteile. Dr. Jörg Bretschneider erklärt die Potenziale des Serial Sectioning, auch im Hinblick auf die Automatisierung mittels Roboter.

Nachhaltiges Werkstoffdesign als Lösung für mögliche Ressourcenengpässe gewinnt zunehmend an Gewicht. Neue Materialkompositionen können umweltfreundlichere Schiffsantriebe, sparsamere Flugzeugtriebwerke oder auch leichtere Elektrofahrzeuge ermöglichen. Am Fraunhofer IWS entwirft das Kompetenzfeld Werkstoffcharakterisierung und -prüfung um Professorin Martina Zimmermann die »Rezepturen« für diese Werkstoffe von morgen. Das Besondere: Hier lassen sich neue Legierungen direkt mit additiven Fertigungsmethoden generieren und analysieren. Die 3D-Drucker am Institut erlauben das Testen der neu entwickelten Rezepte lange vor dem Einsatz in der Industrie.

Leistungsstarke mobile Brennstoffzellen sollen künftig helfen, die Umweltbelastung durch Schwertransporte in Deutschland und weltweit zu mindern. 19 Fraunhofer-Institute aus neun Bundesländern haben sich daher zum Entwicklungsbündnis »H2GO – Nationaler Aktionsplan Brennstoffzellen-Produktion« zusammengetan. Sie wollen gemeinsam industrielle Technologien für die effiziente Produktion von Brennstoffzellen entwickeln und neue Verfahren in die Wirtschaft transferieren. Im Fokus stehen Brennstoffzellen für den straßengebundenen Schwerlastverkehr. Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr fördert H2GO bis Ende 2025 mit rund 80 Millionen Euro aus dem »Zukunftsfonds Automobilindustrie«. Auch das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS ist Teil dieses Konsortiums. Dr.-Ing. Teja Roch betreut innerhalb des Fraunhofer IWS das Teilprojekt »HP2BPP«. Im Interview erläutert er die innovativen Beiträge des Fraunhofer IWS.

Ein düsteres Kapitel der menschlichen Geschichte tat sich am 26. April 1986 auf, als Block 4 des Kernkraftwerks in Tschernobyl explodierte und eine Kernschmelze zur Folge hatte. Dieser tragische Vorfall verwandelte nicht nur die unmittelbare Umgebung in eine unbewohnbare Landschaft, sondern nahm auch langfristig Einfluss auf die Umwelt und die Gesundheit der Bevölkerung. Jahrzehnte später steht die Menschheit heute vor der drängenden Herausforderung des Rückbaus des havarieren Kraftwerks. Diese Notwendigkeit sehen auch Forschende des Fraunhofer IWS in Dresden, die sich dieser komplexen Aufgabe stellen. Das Technologiefelds Trennen und Fügen arbeitet an einem laserbasierten, fernoperierten Zerlegeprozess für kontaminierte Materialgemische. Dr. Andreas Wetzig und Dr. Jan Hauptmann geben im Interview Einblicke zu den Hintergründen dieser ambitionierten Aufgabe.

Auf der letzten Mitgliederversammlung der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (acatech) wurde der Lasertechnologe Prof. Andrés Lasagni als neues Mitglied in die unabhängige Vereinigung gewählt.

Die Digitalisierung verändert das Berufsbild des Werkstoffprüfers. Die Schulung der Teams an neuen digitalen Laborbüchern ist dabei von zentraler Bedeutung und sorgt dafür, fachliche Expertise langfristig für Unternehmen und Institute zu sichern. Diese und weitere Erkenntnisse haben das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden und dessen Partner durch das abgeschlossene Forschungsprojekt »DiWan: Digitaler Wandel in der Werkstoffprüfung« gewonnen. Sie fließen in die weiteren Aktivitäten des Dresdner Instituts im Kontext der digitalen Transformation der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ein.

Die Europäische Union hat sich zum Ziel gesetzt, die Methan-Emissionen in den Sektoren Landwirtschaft, Abfall und Energie besser zu erfassen und weiter zu reduzieren. In diesem Zusammenhang riefen unter Koordination der »DBI – Gas- und Umwelttechnik« das Fraunhofer Anwendungszentrum für Optische Messtechnik und Oberflächentechnologien AZOM, »Micro-Hybrid Electronic« und »fiberware« ein Forschungsprojekt zur hohlleiterbasierten Spurengasanalyse von Methan ins Leben. Dabei soll ein mobiles Kompakthandgerät entstehen, das Methanemissionen mit einer bislang nicht möglichen Präzision ermittelt. Das Projekt wird im Rahmen der BMBF-Fördermaßnahme »KMU-innovativ: Ressourceneffizienz und Klimaschutz« (kurz: HLSG-CH4) über drei Jahre hinweg gefördert.

Deutschland hat die Batterie als Schlüsseltechnologie für sich wiederentdeckt – vor allem seitdem klar ist, dass sich viele große deutsche Automobilhersteller vom Verbrennungsmotor verabschieden und in hohem Maße auf batterieelektrische Antriebskonzepte konzentrieren werden. Seitdem ist eine Aufholjagd im Gange, um den zuletzt unübersehbaren Kapazitäts- und Technologievorsprung asiatischer und US-amerikanischer Konzerne wettzumachen.

Wenn die Abkehr von fossilen Brennstoffen und die Wende hin zu umweltfreundlichen Alternativen gelingen sollen, braucht Europa einen Schub für die Wasserstofftechnologien. Ökologisch erzeugter, »grüner« Wasserstoff eignet sich als emissionsfreier und schnell zu tankender Energieträger, wird aber auch in der Chemie und vielen anderen Industriezweigen als Grundstoff benötigt.

Stark belastete Komponenten in der Luftfahrt, wie beispielsweise Verdichter, werden üblicherweise mit Verschleißschutzschichten versehen. Sie sollen dadurch den widrigen Anforderungen in ihrer Nutzung langfristig standhalten. Typischerweise kommt für eine solche Schutzbeschichtungen das Arc-PVD-Verfahren zur Anwendung, in dem mittels Lichtbogen ein Ausgangsmaterial, meist ein nitridischer Hartstoff, im Hochvakuum verdampft und auf das zu beschichtende Bauteil aufgebracht wird.

Im Jahr 2021 gründeten sich die Wissenschaftler Dr. Tim Kunze, Dr. Sabri Alamri und Benjamin Krupop zusammen mit der Ökonomin Laura Kunze als »Fusion Bionic« aus dem Fraunhofer IWS aus. Das junge Start-up hat die ersten Herausforderungen und Hürden gemeistert. Im Interview blicken Dr. Tim Kunze, CEO Fusion Bionic, sowie Prof. Christoph Leyens, Institutsleiter, und Dr. Christoph Zwahr, Gruppenleiter am Fraunhofer IWS, auf die Anfangszeit zurück und wagen einen Ausblick auf die zukünftige Kooperation.

Es ist ein großes Ziel: Bis zum Jahr 2050 will die Europäische Union klimaneutral sein. Dieser Schritt wird als essenziell eingeschätzt, um die Erderwärmung auf 1,5 Grad zu begrenzen. Dafür muss der CO₂-Ausstoß in Europa drastisch reduziert werden. Das Thema »Green Manufacturing« spielt in diesem Zusammenhang eine immer wichtigere Rolle für Unternehmen und damit auch für Kunden des Fraunhofer IWS. Am Institut beschäftigt sich ein neues Projekt mit den Möglichkeiten der CO₂-Bilanzierung hier entwickelter Prozesse.

Bäume aus der Lausitz könnten zirkuläres Wirtschaften unterstützen und Lösungsansätze für mehrere Herausforderungen der Energiewende bieten. Die Robinie gilt als überaus festes und witterungsbeständiges Holz, das herkömmliche Materialien in der Bauindustrie ersetzen könnte. Für deren Zulassung als Brettschichtholz setzt sich ROBINIA ein. Die Bundesagentur für Sprunginnovationen (SPRIN-D) fördert das Projekt von Lausitz Energie Bergbau (LEAG), STRAB Ingenieurholzbau und Fraunhofer. Dr. Dirk Berthold vom Fraunhofer WKI und Dr. Jens Standfuß vom Fraunhofer IWS erklären die Hintergründe im Interview.

Um Turbinenschaufeln, Werkzeuge, Motorenbauteile oder andere Stahlkomponenten energiesparend und beanspruchungsgerecht zu härten, setzt sich in der Industrie immer mehr die umweltfreundliche Behandlung mit dem Laser durch: Im Vergleich zur Ofenhärtung sinkt bei der Laserhärtung – je nach Bauteil – der Energieaufwand um bis zu mehr als 90 Prozent.

Mit »Direkter Laserinterferenzstrukturierung« (DLIP) lassen sich die Oberflächen von Stromableiterfolien in Batterien neu funktionalisieren: Die Interferenzmuster können die Reaktionsfläche erhöhen und die Haftfähigkeit der Metallfolien verbessern. Dadurch eröffnen sich für Batteriehersteller mehr Möglichkeiten, die Lebensdauer und Kapazität ihrer Energiespeicher und somit gleichzeitig die Reichweite von Elektroautos zu erhöhen.

Die Mitgliederversammlung der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) wählte am 29. Juni 2022 in Freiburg im Breisgau fünf neue Mitglieder in den Senat. Prof. Martina Zimmermann zählt dazu. Die Leiterin der Professur für Werkstoffmechanik und Schadensfallanalyse an der TU Dresden bekleidet außerdem die Funktion als Kompetenzfeldleiterin für Werkstoffcharakterisierung und -prüfung am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS.

Gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Wirtschaft gestaltet das Fraunhofer IWS den »Digitalen Wandel in der Werkstoffprüfung« (Projekt DiWan) mit. Im Ergebnis unterstützt künftig ein virtuelles Expertensystem die Werkstoffprüfer bei ihrer Arbeit. DiWan vereint neueste Erkenntnisse aus wissenschaftlichen Aufsätzen und die Standards in der Werkstoffprüfung mit dem Praxiswissen von Erfahrungsträgern. Der digitale Assistent soll diese akkumulierte Expertise seinen menschlichen Kollegen zur Verfügung stellen – und damit das Arbeiten in den Labors für Werkstoffprüfung und Metallografie auf eine neue Ebene heben.

Ausfälle in industriellen Produktionsprozessen verursachen Kosten. Umso wichtiger ist es, diese Prozesse möglichst lückenlos zu überwachen. Dieses Vorgehen erlaubt ein frühzeitiges Detektieren von Veränderungen der Prozesse bzw. der gefertigten Bauteile. Am Fraunhofer IWS entwickeln Forschende neuartige Konzepte für eine leistungsfähige Prozessüberwachung. Sie setzen dabei Künstliche Intelligenz (KI) ein, um relevante Prozessinformationen zugänglich zu machen, diese in Echtzeit zu verarbeiten und für die Qualitätssicherung zu nutzen.

Um Batterieelektroden umweltfreundlicher, preiswerter und mit weniger Energieeinsatz als bisher herstellen zu können, hat ein interdisziplinäres Forschungsteam um Dr. Benjamin Schumm von der Gruppe für Chemische Beschichtungsverfahren »DRYtraec^®« entwickelt. Dieses neue Trockenbeschichtungsverfahren hat das Potenzial, die Elektrodenproduktion für Elektroauto-Batterien und ähnliche Energiespeicher zu revolutionieren.