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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.

Die Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. (EFB) hat Alexander Wessel vom Freiburger Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM ausgezeichnet. Der Wissenschaftler erhielt den EFB-Projektpreis 2020 – wegen Corona ein Jahr später – gemeinsam mit Tobias Willmann vom Institut für Baustatik und Baudynamik der Universität Stuttgart (IBB) für ihr Forschungsvorhaben »Verbesserte Blechumformsimulation durch 3D-Werkstoffmodelle und erweiterte Schalenformulierungen«. Die beiden Wissenschaftler entwickelten einen neuen 3D-Modellierungsansatz, der eine genauere Simulation von bisher schwer beherrschbaren Blechumformprozessen ermöglicht.

Wasserstoff kommt im Rahmen der Energiewende eine wichtige Rolle zu. Wissenschaft und Industrie arbeiten momentan an Speicher- und Transportsystemen für Wasserstoff. Grundlage dafür ist, das Verhalten von metallischen Werkstoffen, insbesondere Stählen, im Kontakt mit Wasserstoff genau zu beschreiben und zu beurteilen. Im Rahmen des BMBF-Leitprojekts H₂Mare wird das Fraunhofer IWM im Verbundprojekt H₂Wind Kriterien zur Bewertung von Werkstoffen und Bauteilen für sogenannte Röhrenspeicher entwickeln und evaluieren. Die Erkenntnisse tragen zum unfallsicheren und dauerhaften Betrieb einer realen Speicher-Infrastruktur für Wasserstoff bei.

Materialien der Bahninfrastruktur haben das Potenzial, bei nachhaltiger Auswahl langfristig große Mengen CO2 zu speichern. Das Deutsche Zentrum für Schienenverkehrsforschung (DZSF) will gemeinsam mit dem Fraunhofer IWM und dessen Projektpartner Railistics GmbH die Materialauswahl und Bewertung vorantreiben: Könnte die Megabranche Schienenverkehr durch intelligenten Einsatz kohlenstoffbindender Materialien die CO2-Bilanz nachhaltig verbessern? Um ein möglichst breites Ideenspektrum als Arbeitsbasis zu erhalten, ermittelt eine Online-Umfrage Einsatz-Ideen für Materialien, die bei ihrer Entstehung bzw. Herstellung CO2 aus der Atmosphäre binden.

Das Freiburger Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM ist seit 50 Jahren Vorreiter in der angewandten Forschung zur Sicherheit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Werkstoffen und Bauteilen. Mit fundierter Expertise von Experiment und Simulation ist das Institut bei Industrieunternehmen und in der Wissenschaft als Forschungspartner sehr gefragt. Damit die auf rund 320 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter gewachsene Belegschaft genügend Raum für modernste Versuchsaufbauten, Probenfertigung und als Gedankenschmiede hat, eröffnet das Institut am 15. September 2021 seine neuen Erweiterungsbauten im Industriegebiet Nord, die Bund und Land gemeinsam mit 14,4 Mio. € finanziert haben.

Im Verbrennungsmotor, in Gleitlagern und in der Raumfahrt: Diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtungen (DLC) vermindern Reibung und Verschleiß in Reibkontakten. Meist enthalten die dabei in Lagern und Motoren genutzten Schmierstoffe das Additiv Zink-Dialkyl-Dithiophospat (ZDDP), das seinerseits Stahloberflächen gegen Verschleiß schützt. Unglücklicherweise kann es die DLC-Schicht angreifen, was zum vorzeitigen Ausfall führt. Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IWM haben herausgefunden, wie die antagonistische Wechselwirkung zwischen den beiden Stoffen entsteht. Im Journal Nature Communications erklären sie, warum DLC-Schichten in Verbindung mit ZDDP auch zu hart sein können.