Additive Fertigung von komplex geformten, großformatigen und gradierten Keramiken

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

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

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

Prozessabsicherung bei der Entwicklung lackierter Kunststoffteile

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

Prozessabsicherung bei der Entwicklung lackierter Kunststoffteile

Verbundfestigkeit und Haftung der Lackfilme

Eine hohe Haftfestigkeit ist eine grundlegende Voraussetzung für die Funktion und Langlebigkeit von Beschichtungen. Die Haftfestigkeit von Lackfilmen auf Kunststoffbauteilen besteht in der Wirkung von Anziehungskräften zwischen verschiedenen Stoffen (Adhäsion). Diese Adhäsionskräfte sind abhängig von der Benetzung des Bauteils durch den flüssigen Lack, der Art der entstehenden Wechselwirkungen in der Grenzfläche und den daraus resultierenden, meist zwischenmolekularen Bindungen.

Abbildung 1: Aufnahmen mittels Lichtmikroskop – typischer Lackaufbau, links Exterieurbauteil, rechts Interieurbauteil, Bildquelle: Fraunhofer IPA

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Porositätscharakterisierung von CFK-Werkstoffen mit der Mikro-Computertomografie

Es gibt unterschiedliche fertigungsbezogene Fehlstellen in karbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) und sie haben meist eines gemeinsam: Die Verminderung der mechanischen Festigkeit. Porosität hat in CFK-Werkstoffen einen wesentlichen Einfluss auf die Übertagung von Schubkräften. Die intralaminare Scherfestigkeit nimmt bis ca. 4 Vol.-% Porosität näherungsweise um ca. 7 % je Volumenprozent ab. Eine präzise Ermittlung des Porositätsgehalts kann daher entscheidend für das Versagen von industriellen Bauteilen sein. Gerade im Bereich der Luftfahrt kann das mit verehrenden Folgen verbunden sein. Großflächige Untersuchungen hinsichtlich der Porosität sind hier sehr wichtig.

Abb.1: Verschiedene Porenformen in CFK-Werkstoffen

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Warum nicht mal in Keramik? Keramische Lösungen für den Maschinenbau

Wälzlager mit aufgedruckten und lasergesinterten Sensoren zur Dehnungs- und Körperschallmessung.

Keramische Werkstoffe erfüllen heute in den verschiedensten Anwendungen zuverlässig ihre Aufgaben. Ihr Eigenschaftspotenzial kommt vor allem bei komplexen Anforderungen zum Tragen, wo andere Werkstoffe deutliche Defizite aufweisen. So werden Hochleistungskeramiken u. a. in verschleiß- und temperaturkritischen Bereichen von Maschinen und Anlagen eingesetzt. Sie werden ständig weiter entwickelt und besitzen mittlerweile Eigenschaftsprofile, die vor wenigen Jahren noch undenkbar waren. Dazu tragen wesentlich die immer weiter spezialisierten Herstellungsverfahren und maßgeschneiderten Rohstoffe bei. Weiterlesen

Faserverbundwerkstoffe mit Cellulosefaserverstärkung für Automobilanwendungen

Autoren: Katrin Ganß, Thomas Reußmann, Renate Lützkendorf

Einleitung

Naturfasern wie Flachs, Hanf oder auch Kenaf werden seit mehr als 30 Jahren in der Automobilindustrie zur Herstellung naturfaserverstärkter Kunststoffe (NFK) bspw. für Türverkleidungen, Instrumententafelträger oder Kofferraumauskleidungen eingesetzt. Mittlerweile haben sich diese Materialien unter anderem aufgrund ihrer hervorragenden Performance wie:

  • hohe mechanische Kennwerte,
  • gute Dämpfungseigenschaften und
  • der geringen Faser- bzw. Verbunddichte

fest etabliert [1]. Insbesondere die geringe Verbunddichte (bei gepressten Bauteilen mit PP-Matrix bis zu 0,6 g/cm³ möglich [2]) macht NFK vor allem im Hinblick auf ihr Leichtbaupotential sehr interessant [3].Trotz der überaus positiven Eigenschaften, welche den breiten Einsatz dieser Verbunde in der Industrie erst ermöglichten, gibt es auch Defizite [1, 4]:

  • Emissionen (Fogging, Geruch), welche durch die chemische Zusammensetzung (insbesondere Pektine, Wachse, Lignin) hervorgerufen werden
  • Niedrige Schlagzähigkeit (problematisch bei crashbeanspruchten Bauteilen)
  • Natürliche Qualitätsschwankungen (Feinheit, Festigkeit, Faserlänge, Schäbenanteil)
  • Lokal begrenzte Verfügbarkeit und Preisschwankungen

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Composite-Bearbeitung mit KSS

CFK-Werkstück in der Nassbearbeitung

Composite-Materialien wie carbonfaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) sind aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften wichtiger Werkstoff für viele Branchen, jedoch schwer zu bearbeiten. Bohrungen und Zerspanungsoperationen erfolgen hier klassischerweise trocken – die Werkstücke bereiten den Verantwortlichen jedoch nicht selten durch mindere Qualität und zu hohem Ausschuss Kopfzerbrechen. Der Schmierstoffhersteller Rhenus Lub schlägt in Sachen CFK einen problem- und zukunftsorientierten Weg ein: die Zerspanung mit speziell entwickelten Kühlschmierstoffen. Weiterlesen

Risikomanagement als wesentliche Grundlage des sicheren Betriebs von Anlagen und Maschinen

Autoren: Johannes Single M.Sc., Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schmidt, Prof. Dr.-Ing. Jens Denecke

Ein Risikomanagement wird betrieben, um Entscheidungen basierend auf der aktuellen Risikosituation zu treffen. Es trägt dazu bei, unternehmerische oder organisatorische Ziele wie beispielsweise Erfolg, Image, Liquidität und Existenz zukünftig zu sichern.Unter dem Begriff Risikomanagement versteht man eine Führungsaufgabe, um Risiken innerhalb Organisationen zu steuern. Hierzu werden Maßnahmen zur Identifikation, Analyse, Bewertung und Kontrolle von Risiken angewandt. Weiterhin gilt es, die firmen- und organisationspolitische Ausrichtung und übergeordneten Ziele und Strategien zu berücksichtigen. Weiterlesen