Die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG fördert die Forschung zur ressourceneffizienten Leichtbauproduktion mit 16,4 Millionen Euro. Die Koordination des neuen Sonderforschungsbereiches/Transregio „Intelligente Produktionstechnologien für Kunststoff-Leichtbaustrukturen mit belastungsdedizierter 3D-Gradierung der Verstärkungsarchitektur – DediGrad“ liegt bei der TU Chemnitz. Sprecher ist der Leichtbauexperte Prof. Dr. Lothar Kroll. Kooperationspartner sind die TU Dresden, die RWTH Aachen, die TU Wien und das Fraunhofer IWU.

Innovative Technologien für nachhaltigen Leichtbau

Das Projekt widmet sich der Entwicklung neuartiger Produktionstechnologien für Leichtbaustrukturen, die ressourceneffizient, nachhaltig und gleichzeitig hochleistungsfähig sind. Ziel ist es, Energieverbrauch und CO₂-Emissionen in der Produktion sowie im Betrieb von Fahrzeugen und Maschinen deutlich zu senken.

Im Fokus steht die Optimierung der Übergänge zwischen unterschiedlichen Materialien in Faser-Kunststoff-Verbunden. Diese Übergänge stellen derzeit eine der größten Herausforderungen für die Serienfertigung dar. Mithilfe der sogenannten 3D-Gradierung sollen fließende Materialübergänge erzeugt werden, die sich gezielt an die Belastungsanforderungen der Bauteile anpassen. Diese Methode ermöglicht eine graduelle Änderung der Verstärkungsstrukturen, was die mechanischen Eigenschaften verbessert und den Materialeinsatz optimiert.

Kombination bewährter und neuer Produktionsprozesse

Ein weiterer Schwerpunkt des Sonderforschungsbereichs liegt in der Entwicklung kombinierter Produktionsverfahren, die sich durch ihre Großserientauglichkeit auszeichnen. Dabei werden klassische Fertigungstechniken wie Spritzgießen und Pressen mit neuen Ansätzen zur Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen kombiniert. In der ersten Förderphase konzentriert sich das Forschungsteam auf flächige und profilförmige Komponenten. Diese grundlegenden Bauteile dienen als Testobjekte für die entwickelten Gradierungstechnologien.

Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Untersuchung und Optimierung der Prozesse zur schonenden Integration gradierten Halbzeuge sowie zur gezielten Anpassung der Faserarchitektur während des Herstellungsprozesses. Durch systematische Simulationen und multikriterielle Optimierungen lassen sich die optimalen Werkstoff-, Geometrie- und Prozessparameter identifizieren.

Das iEP-System: Intelligente Unterstützung für Ingenieurinnen und Ingenieure

Zentrales Ergebnis des SFB/TRR soll ein intelligentes Entwicklungs- und Produktionssystem (iEP-System) sein. Es unterstützt Ingenieurinnen und Ingenieure bei der Konzeption und Fertigung von Leichtbaustrukturen. Das System verarbeitet Daten aus Design, Produktion und Recycling und schlägt die optimalen Material- und Prozesskonfigurationen vor. Dabei berücksichtigt es nicht nur technische Anforderungen, sondern auch Nachhaltigkeitsaspekte, damit die entwickelten Lösungen ressourceneffizient und umweltfreundlich sind.

Die Forschungsergebnisse könnten künftig in verschiedenen Bereichen zum Einsatz kommen. Mögliche Anwendungen gibt es beispielsweise in der Automobilindustrie, im Schienenverkehr, in der Luftfahrt und im Landmaschinenbau. Ziel ist es, die Produktion von Leichtbaustrukturen so zu revolutionieren, dass diese leistungsfähiger sind und auch eine erhöhte Lebensdauer aufweisen.

Projekt ist „Ritterschlag im Wissenschaftsbereich“

Die Bewilligung dieses hochkompetitiven Projekts ist das Ergebnis intensiver Vorbereitung und enger Zusammenarbeit. „Das war eine echte Herkulesaufgabe“, berichtet Prof. Dr. Lothar Kroll. „In den letzten Jahren haben wir intensiv daran gearbeitet, die beteiligten Einrichtungen mit ihren unterschiedlichen Forschungsschwerpunkten zusammenzubringen und komplementäre Ansätze zu bündeln.“ Besonders wichtig war es laut Kroll, die unterschiedlichen Perspektiven und Expertisen der beteiligten Standorte zu vereinen und eine gemeinsame Vision zu entwickeln. „Dieses Projekt ist ein Ritterschlag im Wissenschaftsbereich“, betont Kroll. Er ergänzt: „Wir wollen nicht nur neue Technologien entwickeln, sondern auch einen Beitrag zu nachhaltigem Klimaschutz leisten. Die Förderung durch die DFG zeigt, dass wir auf dem richtigen Weg sind.“