Monat: Mai 2018

Additive Fertigung von komplex geformten, großformatigen und gradierten Keramiken

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3D-Drucker mit vier Mikordispenser-Einheiten
zum Verdrucken von verschiedenenthermoplastischen Massen.

Anspruchsvolle keramische Komponenten wurden bislang hauptsächlich unter preisintensivem Werkzeugeinsatz spritzgegossen oder mit hohen Materialverlusten aus isostatisch gepressten Formkörpern gefertigt. Neue additive Fertigungstechnologien wie das Fused-Filament-Fabrication-Verfahren oder der Thermoplastische 3D-Druck eröffnen nun völlig neue Wege für die Keramik: Mit komplex geformten, großformatigen oder funktional gradierten Bauteilen kann ihr Einsatzspektrum in den verschiedensten Zielbranchen erheblich gesteigert werden.

Generell gestatten additive Verfahren Bauteilgeometrien herzustellen, die mit herkömmlichen Formgebungsverfahren nicht realisierbar sind. Zudem können auch individualisierte Einzelstücke oder Kleinstserien kosteneffizient gefertigt werden, da die Additive Fertigung ohne kostspielige verschleißende Werkzeuge auskommt. Neben der geometrischen Vielfalt bieten additive Verfahren aber auch die Möglichkeit, Bauteile mit ortsaufgelöstem Eigenschaftsprofil herzustellen, indem die Werkstoffzusammensetzung an jedem beliebigen Punkt des Bauteils variiert wird. Damit werden künftig neue, geometrisch und funktional komplexe Keramikkomponenten verfügbar sein. Weiterlesen

Elektrisch leitfähige Keramikwerkstoffe als Komponenten für die Elektrotechnik

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Bild 1: Beispiele verschiedener elektrisch leitfähiger Keramikwerkstoffe mit typischen Widerstands-
werten bei 20 °C

Einleitung

Keramische Werkstoffe sind mit Bezug zur Elektrotechnik vor allem als Isolationsmaterialien bekannt. Dass Keramiken oft auch wegen ihrer elektrischen Funktionalität als Leiter genutzt werden, bleibt eher verborgen. Tatsächlich verfügt die Werkstoffklasse Keramik hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit über den größten Bereich aller Werkstoffklassen mit spezifischen Widerständen bei Raumtemperatur von 10^14 bis 10^-5 Ωcm. Neben der elektrischen Variabilität kann Keramik mit ihren typischen Eigenschaften wie thermische Beständigkeit, hoher Widerstand gegen Verformung, gegen Verschleiß oder chemische Korrosion unikale Anforderungsprofile auch in der Elektrotechnik erfüllen. Weiterlesen

Neuartige Preformen aus hochsteifen technischen Fasern für Verbundkeramiken

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Abbildung 1: Einteilung der textilen Gebilde in Anlehnung an DIN 60000

Um neuartige, faserverstärkte keramische Verbundwerkstoffe (CMC = Ceramic Matrix Composites) bei Temperaturen oberhalb 1000 °C dauerhaft einsetzen zu können, erarbeitet der Lehrstuhl Keramische Werkstoffe (Universität Bayreuth) gemeinsam mit unterschiedlichen Projektpartnern Konzepte für neue textile Preformen aus keramischen Hochleistungsfasern. Übergeordnetes Ziel der Zusammenarbeiten ist es, Lücken zum internationalen Stand der Technik zu schließen und neue Erkenntnisse zu schaffen. Im folgenden Artikel werden die Anforderungen an Preformen erläutert, sowie neuartige textile Fertigungstechniken und Anwendungsbeispiele gezeigt. Weiterlesen

Gradierte Massivwerkstoffe

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Dr. Heike Brandt, Dr. Diana Freudendahl, Dr. Ramona Langner

Der zunehmende Bedarf an Miniaturisierung und Gewichtseinsparung führt dazu, dass die Anforderungen an Werkstoffe steigen und darüber hinaus immer häufiger auch zusätzliche Funktionalitäten übernommen werden sollen. Dies kann oft nicht von einem Werkstoff alleine erfüllt werden und unterschiedlichste Polymere, Metalle und Keramiken werden innerhalb der einzelnen Werkstoffklassen oder aber Werkstoffklassen-übergreifend kombiniert. In vielen Fällen weisen solche homogenen Komposite jedoch abrupte Eigenschaftsübergänge auf, die speziell bei starker mechanischer oder thermischer Belastung Schwachstellen darstellen können. Das Konzept der Gradientenwerkstoffe mit kontinuierlichen Eigenschaftsübergängen wurde Mitte der 1980er-Jahre in Japan geprägt, indem sie nicht nur theoretisch beschrieben, sondern als Barriere für extreme thermische Spannungen, wie sie in der Raumfahrt auftreten, herangezogen wurden. Weiterlesen

Prozessabsicherung bei der Entwicklung lackierter Kunststoffteile

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Abbildung 1: Anordnung der Proben um die Strahlungsquelle für die künstliche Bewitterung,
Bildq
uelle: Fraunhofer IPA

Klimatische Belastungen im Labormaßstab nachstellen

Unter dem Begriff Klima werden alle meteorologischen Vorgänge für einen definierten Zeitraum zusammengefasst, die an einem Ort unterschiedliche Wetterzustände hervorrufen und den Schwankungen eines tages- und jahreszeitlichen Rhythmus unterliegen. Die Hauptbelastungsarten für lackierte Kunststoffbauteile durch das Klima sind die Sonnenstrahlung, das Wasser, die Temperatur sowie weitere sekundäre Effekte wie Schadstoffe in der Luft, saurer Regen und klimaabhängige biologische Einflüsse. Weiterlesen

Neue Simulation zur Kaltrissbildung bei hochfesten Stählen

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© Fraunhofer IWM
Die neue Simulationsmethode hilft, Laserschweißprozesse zu optimieren: Lichtmikroskopische Aufnahme des Schweißnahtgefüges einer Laserschweißverbindung (links) im Vergleich mit der berechneten lokalen diffusiblen Wasserstoffkonzentration in Abhängigkeit von Temperatur-Zeit-Verlauf und Schweißeigenspannungen (rechts).

Hochfeste Stähle spielen im modernen Fahrzeug- und Maschinenbau eine wesentliche Rolle. Werden diese Stähle bei der Herstellung von Bauteilen geschweißt, können bewegliche Wasserstoff-Atome im Material Probleme verursachen: Die Atome sammeln sich langsam an Bauteilbereichen mit hohen Eigenspannungen an und machen dort den Stahl spröde. Die Folge sind sogenannte Kaltrisse, die für Bauteilausschuss sorgen können. Dr. Frank Schweizer vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM hat nun eine Simulations-Methodik entwickelt, mit der Bauteilhersteller diese Kaltrissneigung bewerten und ihre Produktion entsprechend anpassen können. Weiterlesen

Sensoraufkleber verwandeln menschlichen Körper in Multi-Touch-Oberfläche

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Sie ähneln hauchdünnen Pflastern, ihre Form ist frei wählbar und sie funktionieren an jeder Körperstelle. Mit solchen Sensoren auf der Haut lassen sich mobile Geräte wie Smartphone und Smartwatches intuitiver und diskreter bedienen als das bisher der Fall war. Informatiker an der Universität des Saarlandes haben nun Sensoren entwickelt, die sogar Laien mit etwas Aufwand herstellen können. Das Besondere: Die Sensoren erlauben es erstmals, Berührungen auf dem Körper sehr genau und von gleich mehreren Fingern zu erfassen. Ihre Prototypen haben die Forscher erfolgreich in vier unterschiedlichen Anwendungen getestet. Weiterlesen

Individuelle Designwünsche in Echtzeit prüfen

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Massenprodukte auf individuelle Kundenwünsche anpassen, ist ein Zukunftsversprechen der Industrie 4.0. Dieses lässt sich nur umsetzen, wenn es geeignete Prüfverfahren für die Machbarkeit der individuellen Designs eines Produkts gibt. Fraunhofer-Forscher zeigen auf der diesjährigen MS Wissenschaft eine Simulationslösung, die automatisch feststellt, ob sich das vom Kunden gewünschte Design überhaupt realisieren lässt.

Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD in Darmstadt hat eine Simulationssoftware entwickelt, die die Machbarkeit von individuellen Designwünschen sofort prüft. Das bietet Kunden und Herstellern neue Möglichkeiten, Massenprodukte zu individualisieren. Weiterlesen