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Die additive Herstellung von Werkzeugen mit pulverbettbasiertem Laserstrahlschmelzen »Laser Powder Bed Fusion« bietet zahlreiche Vorteile, sie ist wirtschaftlich, präzise und ermöglicht individuelle Lösungen. Doch ist es mitunter schwierig, die optimalen Prozessparameter, wie die Geschwindigkeit oder die Leistung des Lasers, zu bestimmen. Fraunhofer-Forschende simulieren erstmalig den Prozess auf der Mikrostrukturskala, um direkte Zusammenhänge zwischen Werkstückeigenschaften und gewählten Prozessparametern erkennen. Dafür kombinieren sie verschiedene Simulationsmethoden miteinander.

20 Prozent der weltweit erzeugten Energie geht durch Reibung verloren. Mit neuen Materialien, Oberflächen und Schmierstoffen könnten langfristig 40 Prozent davon eingespart werden – das entspricht CO2-Emissionen von mehr als drei Gigatonnen pro Jahr! Einen Weg dorthin eröffnet die Supraschmierung in Maschinenelementen. Fraunhofer-Forschende arbeiten daran, diese vom Labor in die Anwendung zu bringen.

Öl als Schmiermittel ist altbekannt – weniger alltäglich dagegen ist der Festkörperschmierstoff Graphit. Zwar kommt er bei niedrigen Anpressdrücken zum Einsatz, jedoch waren die auftretenden Effekte bisher nur bedingt verstanden. Insbesondere war unklar, ob sich dieses Schmiermittel auch bei hohen Anpressdrücken, etwa in Wälzlagern, einsetzen lässt. Forschende konnten das gängige Reibungsmodell zur Erklärung der Wirkungsweise nun erweitern. Im Journal Nature Communications veröffentlichten sie ihre Ergebnisse und erklären, wieso diese der Graphitschmierung künftig einen Weg in die Hochdruckanwendungen eröffnen.

Sie sind praktisch, enorm flexibel und versprechen umweltfreundliche Mobilität. Immer mehr Menschen nutzen einen E-Scooter im Stadtverkehr. Dabei häufen sich auch die Unfälle mit schweren Verletzungen. Das Risiko, das mit den schellen Flitzern verbunden ist, wird vielfach unterschätzt. Nun haben Fraunhofer-Forschende im Projekt »HUMAD« ein typisches Unfallszenario und die damit einhergehenden Verletzungen untersucht. Dabei haben die Expertinnen und Experten auch neuartige Werkstoffe für Helme und Protektoren getestet. Diese könnten viel besser als herkömmliche Produkte schützen.

In dem für uns besonderen Jahr 2021 haben wir unser 50-jähriges Bestehen gefeiert und unseren Erweiterungsbau eröffnet. Unsere Anfänge lagen vor 50 Jahren in der Bruchmechanik. Deshalb haben wir diese Methode als Themenschwerpunkt des vorliegenden Jahresberichts gewählt.

Wenige Atome bestimmen, ob Kraftwerke störungsfrei laufen oder Fahrzeuge energieeffizient unterwegs sind. Eine virtuelle Materialsonde macht tribologische Prozesse auf atomarer Skala sichtbar – und somit steuerbar. Für diese Entwicklung erhält ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM den Wissenschaftspreis des Stifterverbandes 2022.

Damit der Stahl hält, was er verspricht, wird seine Mikrostruktur genau analysiert, um frühzeitig Schwachstellen aufzuspüren. Das geschieht heute weitgehend von Hand. Bauteilhersteller wünschen sich schon länger eine automatisierte Bildanalyse-Methode. In einem Kooperationsprojekt hat das Fraunhofer IWM jetzt ein solches Verfahren auf der Basis von Neuronalen Netzen entwickelt. Es liefert sichere und reproduzierbare Ergebnisse und ist ein grundlegender Baustein für die durchgängige Digitalisierung der Stahlverarbeitung im Sinne von Industrie 4.0. Die Ergebnisse sind jetzt in den Fachjournalen »Nature Communications« und »npj – computational materials« erschienen.

Intelligent eingesetzte Werkstoffe sind Dreh- und Angelpunkt unseres täglichen modernen Lebens. Sie spielen eine Schlüsselrolle für crashsichere, emissionsarme Fahrzeuge, ressourcenschonende Produktion oder eine nachhaltige Energiewirtschaft, um nur einige Aspekte zu nennen. Seit 1971 erforscht und entwickelt das Freiburger Fraunhofer IWM Lösungen für Industrie und Gesellschaft, um das Verhalten von Werkstoffen und Bauteilen vorherzusagen und um deren Leistungsfähigkeit und Funktionalität ideal für die jeweilige Anwendung einzustellen. Gäste aus Industrie, Wissenschaft und Politik würdigten in einem Festkolloquium am 25. Oktober 50 Jahre Werkstoffforschung auf höchstem Niveau.

In der Werkstoff- und Bauteilforschung werden Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) in den nächsten Jahren zu massiven Umbrüchen führen. Durch die Verbindung von KI-Methoden und neuen Formen der Wissensrepräsentation bekommt das datenbasierte Management von Produktlebenszyklen eine neue Qualität. Damit Ingenieurinnen und Ingenieure in diesem neuen Forschungsgebiet Wissen aus erster Hand erhalten, bietet das Fraunhofer IWM den Workshop »AI Methods for Fatigue Behavior Assessment and Component Lifetime Prediction« am 24. und 25. November 2021 an. Die Anmeldung ist kostenfrei und bis zum 12.11.2021 möglich.

Vier Freiburger Wissenschaftlern ist es weltweit erstmals in Simulationen gelungen, durch Scherung verursachte Amorphisierung und Rekristallisierung von Silizium-Kristallen zu nutzen, um Kristalle zielgerichtet aufwachsen zu lassen. In Zukunft könnten Fachleute mithilfe dieses Konzepts kristalline Siliziumstrukturen für nanotechnologische Anwendungen, beispielsweise Nano-Elektronik, maßschneidern. »Triboepitaxie«, die grundlegende Idee, die das möglich machen könnte, stellt das Team in der Zeitschrift »Physical Review Letters« vor.