Referenzprojekte

Gemeinsam mit den Firmen RTT und Lakowa (Deutschland) und in Kooperation mit der TU Liberec (Tschechien) sowie der Firma Entry Engineering (Tschechien) wird im Projekt AI4MultiDirectAM eine effiziente, adaptive 3D-Drucktechnologie für Kunststoffbauteile entwickelt. Ziel ist es, in Zukunft die Zahl der Fehldrucke und damit den Materialeinsatz drastisch zu minimieren.

Im Projekt »ProAuSter« arbeiten Hahn-Schickard und das Fraunhofer IWU gemeinsam an innovativen Prozesstechnologien für eine heterogene Integration von Formgedächtnislegierungen (FGL) in siliziumbasierte Mikrosysteme. Die entwickelten Technologien sollen am Beispiel eines Sterilisationszyklenzählers erprobt werden.

Drahtbasierte FGL-Aktoren sind bereits in industriellen Anwendungen etabliert, sind aber auf geringe Kräfte (N-Bereich) bei kleinen Hüben (mm-Bereich) beschränkt. Es gibt jedoch auch Anwendungen und Anforderungen für kompakte FGL-Aktoren mit höheren Kräften (kN-Bereich) bei kleinen Hüben (mm-Bereich). Im Projekt HochPerForm werden Technologien erforscht, die schnellschaltende FGL-Aktoren im Hochlast-Bereich (kN) ermöglichen.

Antriebssysteme auf Basis von Formgedächtnislegierungen (FGL) erobern seit einigen Jahren kontinuierlich neue Anwendungsfelder. Ein aktuelles Beispiel für den Einsatz dieser Leichtbau-Aktoren ist eine Drohne, bei der die entwickelte Aktorik für eine zuverlässige Verriegelung des Batterieschlittens sorgt.

Steckverbinder für Elektrofahrzeuge sind wichtige Komponenten beim Gleichstrom-Schnellladen. Bei Ladeleistungen über 150 kW treten hier aber aufgrund hoher Kontaktwiderstände zwischen Ladekabel und Fahrzeuganschluss thermische Probleme auf. Um diesen Problemen entgegenzuwirken, werden derzeit Fluid-Kühlsysteme eingesetzt, die jedoch einen negativen Einfluss auf die Energieeffizienz haben. Eine Alternative zur Reduzierung des Kontaktwiderstands ist die Erhöhung der Kontaktnormalkraft zwischen Kontaktbuchse und -stift bspw. mithilfe von auf Formgedächtnislegierungen (FGL) basierenden Aktorsystemen.

Das Projekt zielt auf die Entwicklung eines neuartigen Fertigungsprozesses für FGL-Federn ab. Der angestrebte Prozess kommt ohne Werkzeuge während der Umformung und Wärmebehandlung aus. Im Vergleich zum Stand der Technik ergibt sich daraus ein deutlich reduzierter Prozessablauf, der eine effizientere Herstellung von FGL-Drahtkomponenten ermöglicht.

Die Entwicklung von FGL-Federn ist komplex: Es existieren bislang weder ein geeignetes Auslegungssystem noch standardisierte Methoden zur Bestimmung der erforderlichen Materialeigenschaften. Daraus resultieren hohe Entwicklungszeiten und -kosten, was den breiten industriellen Einsatz – insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) – einschränkt. Um KMU den Zugang zu dieser Technologie zu erleichtern, wurde eine industrietaugliche Auslegungssystematik entwickelt. Anwender können nun FGL-Federn ähnlich wie konventionelle Stahlfedern intuitiv dimensionieren – ganz ohne tiefgehende Kenntnisse in der Simulation.

Für neue Anwendungen mit magnetischer Formgedächtnislegierung in Zug-Druck-Wirkung werden im Projekt zwei wichtige Herausforderungen zur Aktorik und zur Verbindungstechnik adressiert. Ziel ist es, den Unternehmen Lösungen durch gezielten Technologietransfer bereitzustellen.

Aktorelemente sind Bestandteile mikromechanischer Systeme und werden für viele Anwendungen eingesetzt. Der Schlüssel zum technischen und wirtschaftlichen Erfolg von MSM-Aktoren liegt in der reproduzierbaren und großtechnischen Herstellbarkeit sowie der Weiterverarbeitung des MSM-Materials zu Aktorsticks in der notwendigen Qualität. Für die Funktionalität und hohe Lebensdauer der MSM-Aktorelemente ist im Rahmen des Endbearbeitungsprozesses eine hohe Maßhaltigkeit sowie die Vermeidung von oberflächennahen Defekten durch mechanische und thermische Einflüsse entscheidend. Die Finish-Bearbeitung zu quaderförmigen Aktorsticks stellt eine besondere verfahrenstechnische Herausforderung dar, für die bisher noch keine serienfähige Technologielösung existiert. Im Rahmen des Projekts wurde nun eine serienfähige, hochgenaue und planparallele Finish-Technologie von MSM-Aktorsticks mit präziser elektrochemischer Doppelseitenplan-Bearbeitung (PECM) entwickelt.

Im Rahmen des Programms »IMPROVE! – Technologies for Smart Manufacturing, Intelligent Logistics and Sustainability« der Europäischen Weltraumorganisation ESA hat das Fraunhofer IWU gemeinsam mit AS Consulting offiziell das Projekt SmartSENS gestartet. Ziel ist es, die Entwicklung intelligenter Fertigungstechnologien im europäischen Raumfahrtsektor weiter voranzutreiben.