Kategorie: Werkstoffe und Materialien

Spannende Beiträge, informative Fachartikel und die neusten Entwicklungen aus dem Themengebiet Werkstoffe und Materialien.

Die Zukunft der Robotik ist soft und taktil

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Die Zukunft der Robotik ist soft und taktil

© PowerON

TUD-Startup bringt Robotern das Fühlen bei

Die Robotik hat sich in den letzten Jahrzehnten in beispiellosem Tempo weiterentwickelt. Doch noch immer sind Roboter häufig unflexibel, schwerfällig und zu laut. Eine Ausgründung der TU Dresden, das Startup PowerON, will das ändern und hat sich zum Ziel gesetzt, die Barriere zwischen Mensch und Roboter aufzulösen. Fühlende Häute, künstliche Muskeln und künstliche Neuronen, auf flexible Werkstoffe gedruckt, sollen die nächste Generation der Robotik ermöglichen und neue Anwendungsfelder erschließen. „Wir sehen einen starken Trend hin zur Automatisierung in allen Industriebereichen und werden diesen auch sehr bald in unserem Alltag erleben“, sagt Dr. Markus Henke, Nachwuchsforschungsgruppenleiter am Institut für Halbleiter- und Mikrosystemtechnik der TU Dresden und CEO des Startups. Weiterlesen

Prüfung additiv gefertigter Schaumwerkstoffe

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Prüfung additiv gefertigter Schaumwerkstoffe

Bildquelle: Hegewald & Peschke Meß- und Prüftechnik GmbH

Additive Fertigungsverfahren bieten einen beeindruckenden Gestaltungsfreiraum. Basierend auf dreidimensionalen Daten werden dabei viele Lagen feinen Materials übereinandergeschichtet.

Anfangs in erster Linie im Bereich von Kunststoffen im Einsatz, gewinnt die additive Fertigung zunehmend auch in der Metallbranche an Bedeutung.

Mit den Universalprüfmaschinen der inspekt-Serie bietet Hegewald & Peschke optimal abgestimmte Prüfsysteme zur Prüfung additiv gefertigter Komponenten und Schaumwerkstoffe. Dabei können sowohl die Eigenschaften der Materialien als auch der Porenstrukturen der Schäume untersucht werden. Während für Kunststoffschäume eher Kleinlastprüfmaschinen im Bereich 5 oder 10 kN relevant sind, werden Metallschaumstrukturen in der Regel mit Prüfmaschinen bis zu einer Maximallast von 100 kN bzw. sogar 250 kN untersucht. Weiterlesen

Aluminium: idealer Leichtbau-Werkstoff für die Konstruktion

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Aluminium: idealer Leichtbau-Werkstoff für die Konstruktion

Bildquelle: alimex GmbH

alimex realisiert Bauteile aus Aluminium in allen Geometrien und in höchsten Qualitätsstandards. Das Leichtmetall Aluminium gehört zu den gefragtesten Werkstoffen in der Konstruktion und der Verarbeitung. In immer mehr Anwendungsfeldern werden Aluminium-Bauteile eingesetzt: In Verpackungsmaschinen und Automatisierungsanlagen, Elektrotechnik, im Fahrzeug- und Flugzeugbau oder im Bereich der Hochvakuum-Anwendungen in der Solar- und Halbleiterindustrie. Die Gründe liegen auf der Hand: Aluminium hat ein geringes Gewicht bei hoher Stabilität, eine sehr gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sowie beste Recyclingeigenschaften. Hinzu kommen insbesondere im Gussplattenverfahren optimale Oberflächeneigenschaften, Dehngrenzen und Zerspanbarkeit. Die erweiterten Einsatzgebiete und immer spezifischere Konstruktionen erfordern zugleich höchste Präzision. Weiterlesen

Halbzeuge für faserverstärkte Kunststoffe

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Abbildung 1: Ashby Diagramm der Konstruktionswerkstoffe adaptiert von [1]

Abbildung 1: Ashby Diagramm der Konstruktionswerkstoffe adaptiert von [1]

Einsatz vor allem im Leichtbau

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) bilden eine vielseitige Klasse der Konstruktionswerkstoffe, welche stetig an Bedeutung und Anwendungsgebieten hinzugewinnt. Hochleistungsfasern von hoher Festigkeit und Steifigkeit werden dabei in einer Matrix aus Kunststoff eingebettet. Sie tragen die mechanischen Lasten, welche auf das Bauteil einwirken. Die Kunststoffmatrix gibt dem Bauteil seine Form, indem sie Lasten zwischen den Fasern überträgt, und schützt die Fasern vor Umwelteinflüssen. Durch diese Kombination entsteht ein Werkstoff mit völlig neuen Eigenschaften.

Gängige Fasern sind Glas- sowie Carbonfasern, wobei auch diverse Polymerfasern (Aramid, PBO, UMHWPE…) und zunehmend auch Naturfasern (Flachs, Jute, Basalt…) zum Einsatz kommen.

Mit Schnittfasern verstärkte technische Kunststoffe wie Polyamid werden in großen Mengen, vor allem im Spritzguss, verarbeitet und kommen in viele Gegenstände des täglichen Gebrauchs zur Anwendung. Mit Endlosfasern verstärkte Hochleistungskunststoffe bieten hingegen unübertroffene gewichtsspezifi-sche mechanische Eigenschaften (Abbil-
dung 1) und kommen daher in vielen Leichtbauanwendungen, etwa in der Luft- und Raumfahrt oder im Rennsport, zum Einsatz. Weiterlesen

Living Materials

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Dr. Britta Pinzger, Dr. Heike Brandt, Dr. Diana Freudendahl

An der Schnittstelle der klassischen Materialwissenschaften und der synthetischen Biologie ist in den letzten Jahren das Forschungsfeld der Living Materials (oder Engineered Living Materials = ELM) neu entstanden und in dieser Zeit bereits enorm gewachsen. Ziel ist es dabei, lebende Zellen als aktive Komponenten zu verwenden, um nicht lebender Materie lebensähnliche Fähigkeiten zu verleihen, z. B. sich zu vermehren, sich selbst zu heilen, sich an Umweltreize anzupassen oder komplexe Moleküle zu synthetisieren. Als lebende Komponente werden Bakterien, Hefen, Algen oder Säugetierzellen eingesetzt, die oftmals zuvor gentechnisch verändert wurden, während als nicht lebende Materialkomponente organische oder anorganische Polymere sowie Mineralien oder Metalle verwendet werden. Weiterlesen

Janus-Partikel

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

Janus, der römische Gott des Anfangs und des Endes, und insbesondere seine Darstellung als vorwärts- und rückwärtsblickender Janus-Kopf gelten als Symbol der Zwiespältigkeit. Eben jener Name wurde daher vor etwas mehr als 30 Jahren für Partikel und Materialien gewählt, die in klar abgegrenzten Bereichen ihrer Oberfläche verschiedene und teils gegensätzliche physikalische oder chemische Eigenschaften aufweisen – in gewisser Weise also zwiespältig sind. So kann ein Janus-Partikel auf der einen Hälfte seiner Oberfläche wasserabweisend sein und auf der anderen wasserliebend. Alternativ wurden auch Janus-Partikel synthetisiert, die halbseitig z. B. unterschiedliche Farben, magnetische oder elektrische Eigenschaften oder andere Funktionalitäten aufweisen. Ihre Eigenschaften werden in jedem Fall durch ihre asymmetrische Struktur bestimmt. Die Form solcher Partikel reicht dabei von Kugeln und Hanteln bis hin zu Scheiben und Stäbchen. Im Fall von zweidimensionalem Schichtmaterial sowie Membranen kann sich die Janus-Struktur sowohl auf die Ober- und Unterseite als auch auf bestimmte Areale einer Seite des Materials beziehen. Die Partikel können sowohl aus Kunststoffen, Metallen oder Keramiken sowie als hybride Werkstoffstrukturen hergestellt werden. Weiterlesen

Ein Betrag zur Transformation in der Rohstoffwirtschaft aus dem Labor für nachhaltige und nützliche Innovation für eine globale Rohstoffwende

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Fünf schlechte Beispiele: 1) Partikel von Erdölplastik sind über die ganze Welt verteilt, 2) es gibt Plastikinseln im Ozean, 3) Mikroplastik wird am den Polen nachgewiesen, 4) tausende Bauteile aus Plastik finden sich in Geräten eines ganz normalen Haushalts und 5) in der Logistik des Einzelhandels werden bereits zweifach verpackte Lebensmittel mit Plastikfolie zu Großgebinden gepackt.

Eine Frage: Ist eine konservative, unverstellte, gar neutrale Sichtweise auf eine Welt ohne Plastik möglich?

Eine Herangehensweise:„Plastikfrei ohne Augenbinde“ bedeutet im Mikro Think Tank vom Labor für nachhaltige und nützliche Innovationen den skalierten, multidimensionalen und transdisziplinären Blick auf Zustände und Umstände.

Ein Slogan: Mit „plastikfrei“ zu nachhaltigen Lösungen für wirksame Maßnahmen der konkreten Umsetzung von biogilen Kunststoffen beitragen!

Die visionäre Betrachtung greift, von Rohstoffen her, verschiedene Facetten auf und denkt dabei über Produkte hinaus, um eine Transformation durch taten von morgen für eine nachhaltige Zukunft anzuregen. Weiterlesen

Neue Anlage produziert Kohlenstoff aus Luft

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Der neue NECOC-Anlagenverbund am KIT produziert den Hightech-Rohstoff Kohlenstoff aus dem klimaschädlichen CO2 der Umgebungsluft. (Foto: Markus Breig)

Der neue NECOC-Anlagenverbund am KIT produziert den Hightech-Rohstoff Kohlenstoff aus dem klimaschädlichen CO2 der Umgebungsluft. (Foto: Markus Breig)

Das Treibhausgas CO2 aus der Atmosphäre entnehmen und durch kombinierte Prozesse in einen stabilen Kohlenstoff umwandeln – das leistet seit diesem Monat ein neuer Anlagenverbund am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) im Versuchsmaßstab. Das im Forschungsprojekt NECOC gemeinsam mit Industriepartnern entwickelte Verfahren vereint negative Emissionen mit der Produktion eines Hightech-Rohstoffs. Nun soll es energetisch optimiert und skaliert werden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz fördert mit 1,5 Millionen Euro. Weiterlesen

Neues Material ermöglicht lokal flexible Dioden

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Innovation mit großem Potential für Anwendungen im Elektronikbereich

Das Foto zeigt Dr. Janio Venturini (links), Prof. Tom Nilges und Erstautorin Anna Vogel vor einem Messgerät zur Bestimmung von Kristallstrukturen, einem sogenannten Einkristalldiffraktometer.

Das Foto zeigt Dr. Janio Venturini (links), Prof. Tom Nilges und Erstautorin Anna Vogel vor einem Messgerät zur Bestimmung von Kristallstrukturen, einem sogenannten Einkristalldiffraktometer.

Dioden sorgen für einen gerichteten Stromfluss und sind aus der modernen Elektronik nicht mehr wegzudenken. Bisher müssen sie aus zwei Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden. Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) hat nun ein Material entdeckt, mit dem es möglich ist, nur durch eine einfache Temperaturänderung eine Diode zu erzeugen. Weiterlesen

Eisen als Energiespeicher

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Verbrennung von Eisenpulver in einem Brenner im Industriemaßstab. Das Pulver wird als nachhaltiger Energieträger verwendet.© Laurine Choisez, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Verbrennung von Eisenpulver in einem Brenner im Industriemaßstab. Das Pulver wird als nachhaltiger Energieträger verwendet. © Laurine Choisez, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Das Metall könnte künftig Energie aus regenerativen Quellen speichern, etwa für den Transport

Energie aus Sonne oder Wind ist wetterabhängig und es gibt bislang keine effiziente Methode sie zu speichern oder zu transportieren. Forschende des Max-Planck-Institut für Eisenforschung und der TU Eindhoven untersuchen Eisen als möglichen Energieträger. Die Idee ist, Energie in Eisen zu speichern und durch Verbrennung zu Eisenoxid wieder freizusetzen. Das Team arbeitet daran, die zugrundeliegenden Prozesse zu verstehen und die Technik industriell einsetzbar zu machen. Weiterlesen