Projektbeispiele aus dem Bereich Funktionalisierungstechnologien

Im Forschungsprojekt FunPul wurde gezeigt, wie sich das Pultrusionsverfahren erweitern und nutzen lässt, um sensorische und mechanische Funktionsintegration sowie multiaxiale Faserverstärkungen für hochkomplexe Leichtbaustrukturen wirtschaftlich herzustellen.

Im Pompey-Projekt wird ein innovativer Multimaterialansatz für die additive Fertigung entwickelt, der auf der Schmelzextrusion von Polymer- und Metallwerkstoffen basiert. Ziel ist die Herstellung von Multimaterialteilen mit verbesserter Leistung, reduziertem Energie- und Materialbedarf sowie geringeren Kosten durch Verwendung eines neu entwickelten hybriden Fertigungssystems.

Die Kombination von 4D-Drucktechnologie auf vorgespannten Textilien in Verbindung mit multimaterialer additiver Fertigung bietet die Möglichkeit, ultraleichte, individuelle Komponenten mit integrierten elektrischen Funktionen und komplexen 3D-Geometrien schnell und kostengünstig aus einer Produktionsstätte zu erhalten.

Sofern Bauteile ihre Umwelt wahrnehmen sollen, bedeutet das, dass weitere Komponenten in das Bauteil integriert werden müssen. Dies führt im Normalfall dazu, dass weitere Bauteile geplant und montiert werden müssen. Im schlechtesten Fall wird damit die ursprüngliche Funktion des Bauteils gestört. Die Integration von Sensorik kann hier helfen, wirkstellennah und ohne starke Beeinträchtigung des Bauteils umzusetzen, erfordert aber meist manuelle Prozesse.

Fingerorthesen kommen meist zur Ruhigstellung einzelner Finger zum Einsatz und sollten für eine bestmögliche Wirkung für die Patientin oder den Patienten maßgefertigt sein. Mit WEAM (Wire Encapsulation Additive Manufacturing) lassen sich Orthesen zunächst in 2D drucken und für die individuelle Fingergröße vordimensionieren; dank »eingedruckter« Drähte können sie anschließend optimal an die Anatomie des Fingers angepasst werden.

Flexible Leitungstechnik bietet viele Vorteile gegenüber konventionellen Kabeln, da sie die Montage erleichtert, den Bauraum verringert und die umsetzbare Komplexität der Schaltungen erhöht. Allerdings ist die Fertigung aufwendig und es fehlen nachhaltige Recyclingstrategien. Daher arbeiten wir an der Reduktion benötigter Materialien, um die Funktionalität flexibler Leitungssätze mit der Umweltverträglichkeit normaler Kabel zu verbinden.

Der demografische Wandel und jüngste Extremfälle wie die COVID-19 Pandemie zeigen eindrucksvoll das Problem des Pflegenotstands und die zukünftige, gesellschaftliche Herausforderung einer finanzierbaren, menschenwürdigen Patientenbetreuung. Physisch unterstützende Systeme, denen ein hohes Potential in der Unterstützung der Pflege zugeschrieben wird, finden aufgrund der hohen Anschaffungskosten nur schwer in die Branche. Bei der Gestaltung eines in der Pflege unterstützenden Robotersystems müssen daher dessen Kosten massiv reduziert werden. Dies wird im Projekt Corubot durch die Entwicklung eines Strukturkonzepts erreicht.

Wir beschäftigen uns mit der Erweiterung des 3D-Drucks unter dem Ziel, verschiedenste End-Use-Produkte innerhalb einer Maschine zu fertigen. In unserer Versuchsanlage können unterschiedliche Materialien bedruckt werden, bspw. Polymerbauteile, Folien, Textilien und Furniere. Durch das Wechselsystem des Prototyps können im Druckprozess vier verschiedene Werkzeugköpfe (z. B. Strukturdruckköpfe, Pick-and-Place-Köpfe, Drahtintegrationsköpfe) eingesetzt werden.

Zukünftige Produktionsprozesse müssen den aktuellen Trends der funktionalen Integration und der zunehmenden Vielfalt an Produktvarianten gerecht werden. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, sind hochflexible und kosteneffiziente Produktionstechnologien erforderlich, die gleichzeitig eine Erhöhung der Funktionsdichte in den Komponenten ermöglichen. Im Projekt wurde ein Prototyp eines automobilen Leuchtenträgers entwickelt, der die Möglichkeiten der Technologie demonstriert.

Im Rahmen des Leitprojekts Go Beyond 4.0 wurde die Piezo-Jet-Technologie erfolgreich implementiert, um zentrale Herausforderungen bei der Integration von Sensoren und Leiterbahnen direkt auf Bauteile zu meistern. Durch das Projekt wurden bedeutende Fortschritte erzielt, darunter ein vollständig gedrucktes Bedienmodul für die Steuerung der Lichtelemente an Fahrzeugtüren. Dieses Modul umfasst sowohl die Verkabelung als auch integrierte Kraftsensoren, wobei Silberpaste für die Leitungsbahnen und eine dielektrische Polymerpaste zur Isolation verwendet wurden, um optimale Funktionalität und Sicherheit zu gewährleisten.