Fertigungsprozesse

Mit unserem Prozessverständnis und ausgereiften Simulationstechniken tragen wir zur Gestaltung von effizienten und sicheren Fertigungsprozessen bei. Unser Leistungsangebot beinhaltet die Untersuchung und technologische Entwicklung von Fertigungsprozessen zur Herstellung von Halbzeugen und Bauteilen mit funktionalen Eigenschaften. Im Vordergrund stehen pulvertechnologische Prozesse inklusive komplexer Fluidsysteme bis hin zur Mikrofluidik, das Umformen und Bearbeiten von duktilen Werkstoffen sowie Bearbeitungsverfahren für spröde Werkstoffe und die Glasformgebung.

Leistungen

 

  • Innovative Fertigungsprozesse für konturgenaue und funktionale Bauteile mit definiertem Eigenschaftsprofil
  • Simulationsgestützte Optimierung der Energie- und Materialeffizienz von Fertigungsprozessen
  • Modellierung und Simulation pulvertechnologischer und fluiddynamischer Prozessschritte, Simulationsmethoden für die generative Fertigung
  • Prozesssimulation für die Umformtechnik inklusive der Mikrostrukturentwicklung und der Thermodynamik
  • Formgebungs-, Bearbeitungsverfahren sowie Schadensanalysen für spröde Materialien wie Glas und Silizium

Gruppen und Themenbereiche

Pulvertechnologie und Partikelsimulation
 

Durch die Simulation von pulvertechnologischen Prozessschritten und -ketten tragen wir dazu bei, die Fertigung formgenauer und defektfreier Bauteile effizienter zu gestalten. Ein zweiter...

Umformprozesse
 

Mit den neuesten Erkenntnissen aus Materialwissenschaft und Werkstofftechnik optimieren wir Umformprozesse und Umformwerkzeuge. Mit Hilfe der numerischen Simulation reduzieren wir...

Glasformgebung und
-bearbeitung

 

Wir sind Spezialisten für Gläser, Keramiken und Halbleitermaterialien. Unsere Kernkompetenzen sind bruchmechanische Analysemethoden und...

Materialinformatik

 

Die Materialinformatik umfasst die Erforschung, Entwicklung und Anwendung von Informationen über Materialeigenschaften, sowohl physikalische Daten als auch theoretische und empirische Modelle und Software-Tools zur Abfrage und Auswertung dieser Datenbanken.

Maschinelles Lernen für Fertigungsprozesse

 

Maschinelles Lernen verändert in vielen Anwendungsbereichen maßgeblich die Sicht auf bestehende Fragestellungen, so auch in der Umformtechnik. Als Experten auf dem Gebiet der Materialcharakterisierung, -modellierung und Simulation von Umformprozessen untersuchen wir den Einsatz von maschinellem Lernen bei der Lösung herkömmlicher und zukünftiger Fragestellungen im industriellen Kontext.

 

Highlights

© Fraunhofer IWM

SimPARTIX:

 

Laser-Pulverbettschmelzen von Polymeren

Der Anteil additiv gefertigter Bauteile nimmt in der Polymerindustrie stark zu. Dennoch ist insbesondere beim laserbasierten Pulverbettschmelzen (PBF-LB/P) die Materialauswahl im Vergleich zu anderen Polymer-Fertigungsverfahren sehr begrenzt. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass es kaum Kenntnisse darüber gibt, welche Materialeigenschaften für den Prozess wichtig sind und wie sich Prozessparameter auf die Produktqualität auswirken. Um dieses Problem zu lösen, verknüpft das Fraunhofer IWM mittels seiner einzigartigen Software SimPARTIX Materialdaten, Prozessparameter und Bauteilqualität. Dies ermöglicht die Entwicklung neuer Werkstoffe und hochwertiger Bauteile.

 

© Reinosa Forgings & Castings

AID4GREENEST:

 

Als einer von 10 Partnern ist das Fraunhofer IWM im EU-Projekt AID4GREENEST maßgeblich daran beteiligt, die Stahlindustrie nachhaltiger zu gestalten und in Richtung „Grüner Stahl“ weiterzuentwickeln.

Das Projekt AID4GREENEST umfasst das Design von Materialien, Prozessen und Produkten sowie die Produkt-Performance. Dazu nutzen wir das Potenzial der künstlichen Intelligenz für innovative Charakterisierungsmethoden und Modellierungswerkzeuge. Diese sollen unter anderem dazu beitragen, Entwicklungsprozesse in der Stahlindustrie zu beschleunigen, die Materialqualität zu verbessern, sowie den CO2-Fußabdruck zu senken.

 

© Fraunhofer IWM

StahlDigital:

 

Semantische Materialkarten

Materialkarten werden für die Simulation von Prozessen und Bauteilen benötigt. Die Verknüpfung von Versuchsdaten mit validierten Materialkarten ist jedoch zeitaufwändig und die Qualität ist nicht immer gewährleistet.

WissenschaftlerInnen des Fraunhofer IWM harmonisieren deshalb heterogene Prüfdatensätze auf semantischer Ebene in einem Ontologie-gestützten Datenraum. Die verallgemeinerte Materialkartenrepräsentation ermöglicht das Exportieren in mehrere Materialkartentypen, anwendbar in diversen Simulationsprogrammen. Darüber hinaus enthält sie Informationen über die Herkunft der Materialmodellparameter (z.B. Herkunft der ursprünglichen Prüfdaten). Ein Proof of Concept wurde im September 2023 im Rahmen des Projekts StahlDigital, das Teil der Initiative MaterialDigital ist, erfolgreich demonstriert.

 

© Fraunhofer IWM

PeroTec:

 

Fügeprozesse zur Herstellung von Perowskit-Solarmodulen

Photovoltaische Solarmodule, ob basierend auf Silizium oder Perovskit, bedürfen einer langzeitstabilen, luft- und feuchtedichten Einkapselung. Im Projekt PeroTec entwickeln wir eine langzeitstabile Einkapselung für Perovskitsolarzellen rein basierend auf Glas.

Hierbei setzen wir unser tiefes Verständnis der Eigenspannungen und des Erweichungsverhaltens von Floatglas ein, um mittels Loten aus Glas eine langzeitstabile und gasdichte Versieglung zu erreichen. Die Herausforderung besteht insbesondere darin, über die komplette Modulfläche einen Spalt zwischen den Glasplatten von konstant 20 µm zu generieren, der anschließend mit Perovskit-Kristallen befüllt wird. Die strukturierte Lotschicht trennt hierbei einzelne Zellen elektrisch voreinander; aufgebrachte Leiterschichten auf dem Glas verschalten die Zellen zu einem Modul. In unseren Technikumsanlagen können wir Module von bis zu einem Quadratmeter aktiver Fläche herstellen und charakterisieren.