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IM BLICKPUNKT MATERIALFORSCHUNGS- VERBUND DRESDEN e.V. 2016

Neue Maßstäbe inder Metallographiesetzen. ZEISS Axio Observer// PRECISION MADE BY ZEISS Ihr inverses Mikroskop für Metallographie Untersuchen Sie Ihre Metallographie-Proben schnell und reproduzierbar. ZEISS Axio Observer kombiniert die bewährte Qualität der ZEISS Optik mit automatisierten Bauteilen. Axio Observer ist Ihre modulare Plattform: investieren Sie nur in die Komponenten, die Sie heute benötigen. www.zeiss.com/axioobserver-mat

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016VORWORT Prof. Dr. Brigitte Voit (Foto: Jürgen Jeibmann)Liebe Leserinnen und Leser, Technologietransfers, die Nutzung von Synergien bei der institutsübergreifenden Zusammenarbeit sowie die Ge-ob Reinst-Silizium, Dampflok „Saxonia“, Meißner Porzellan winnung von Nachwuchskräften. Und natürlich arbeitenoder Kaffeefilter – der Dresdner Raum kann bei innovativen wir seit vielen Jahren daran, das Potenzial der DresdnerMaterial-Anwendungen auf eine lange Tradition bauen. Materialforschung in der Öffentlichkeit weiter bekannt zuEs ist uns daher eine große Freude, Ihnen hiermit eine machen. Auch deshalb war es eine große Bestätigung undneue Broschüre über die Forschungsthemen und Projekt Unterstützung der Arbeit des MFD, als DGM und VDEhder Mitgliedsinstitute des Materialforschungsverbunds beschlossen, die neue „Werkstoffwoche“ in DresdenDresden (MFD) vorlegen zu können. Wie immer sind dabei stattfinden zu lassen. Schon die Premiere war ein vollerauch andere Einrichtungen der regionalen wie nationalen Erfolg: Vom 14. – 17.09.2015 tummelten sich rund 1.800Werkstoffwissenschaft und -Technik vertreten, worüber wir Teilnehmer auf den angebotenen Symposien, Seminarenuns natürlich ebenfalls sehr freuen. und Tagungen. Hinzu kam eine große Fachausstellung zum Thema „Werkstoffe der Zukunft“ mit rund 450 Fachvor-Nach dem die erste Auflage der 2014 erschienen MFD-Jubi- trägen und über 80 Ausstellern – darunter ein ca. 140 qm2läumsbroschüre in der Reihe „DGM IM BLICKPUNKT“ auf großer Messestand auf dem zehn MFD-Institute Highlightsgroßes Interesse gestoßen war, verdanken wir der DGM ihrer Forschungsergebnisse präsentierten. So konnte Dr.und dem Alpha-Verlag diese Neuauflage. Damit können Frank O.R. Fischer, Geschäftsführendes Vorstandsmitgliedwir Ihnen sowohl neueste Entwicklungen auf dem Gebiet der DGM am Ende feststellen: „Das Ergebnis hat allesder Materialforschung und Werkstofftechnik als auch einen übertroffen, was wir uns erhofft haben. Die Werkstoff-aktualisierten Überblick über die Akteure im Dresdner Raum woche 2015 war eine tolle Plattform für Wissensvermitt-präsentieren. Letztere sind mehrheitlich im MFD vertreten, lung, Erfahrungsaustausch und Nachwuchsförderung imder sich damit auf eine hoch entwickelte, innovative Mate- MatWerk-Bereich.“rial- und Technologie-Kompetenz stützen kann. Sie ist indieser Dichte und Vielfalt national wie international heraus- Beim nächsten Mal sind Sie vielleicht auch dabei, denn vomragend. Das hier vorhandene Potenzial weiter zu entwickeln 27. – 29.09.2017 findet die 2. Werkstoffwoche dieser Artund auf allen Ebenen immer wieder sichtbar zu machen, wieder in Dresden statt. Zunächst aber wollen wir Ihnengehört zu den wesentlichsten Aufgaben des MFD. Er vereint auf den folgenden Seiten einen Ausschnitt aus dem weitrund 20 universitäre und außeruniversitäre Einrichtungen, gefächerten Spektrum der Dresdner Werkstoffthemen vor-deren Forschungsspektrum nahezu alle Materialklassen stellen. Wir wünschen Ihnen ein informatives wie kurzwei-umfasst: von den Metallen und Legierungen über die Poly- liges Lese-Erlebnis.mere bis hin zu Keramik, Verbundwerkstoffen, Hybridenund Naturmaterialien. Häufig werden dabei nicht nur Prof. Dr. Brigitte VoitGrundlagen erforscht, sondern Entwicklungen bis zum Vorstandsvorsitzende des Materialforschungsverbundsprototypischen Bauteil vorangetrieben. Dresden e.V. und Direktorin des Leibniz-Instituts für Polymerforschung DresdenDie MFD-Institute beschäftigen insgesamt weit über 2.000Materialforscher & Techniker am Standort Dresden und Dr. rer. nat. Kerstin Dittesarbeiten eng mit der Industrie zusammen. Zu den wichtigs- Geschäftsführung des Materialforschungsverbundsten Zielen des MFD gehören deshalb die Unterstützung des Dresden e.V.

2–3 IM BLICKPUNKT Inhaltsübersicht 1 Vorwort 15 Prof. Dr. Brigitte Voit Vorstandsvorsitzende des Materialforschungsverbunds Dresden e.V. 16 und Direktorin des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden 16 Dr. rer. nat. Kerstin Dittes 16 Geschäftsführung des Materialforschungsverbunds Dresden e.V. 16 16 Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM 17 Prof. Dr.-Ing. Bernd Kieback 17 21 Das Fraunhofer IFAM Dresden im Überblick Sinter- und Verbundwerkstoffe 22 › Leichtbauwerkstoffe › Werkstoffe und Bauteile für das thermische Management 22 › Thermoelektrische Werkstoffe 23 Zellulare metallische Werkstoffe 23 Wasserstofftechnologie 24 Energie und Thermisches Management 25 31 Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS Prof. Dr. Alexander Michaelis 32 32 Geschäftsfelder 32 › Werkstoffe und Verfahren › Maschinenbau und Fahrzeugtechnik 33 › Energie › Umwelt- und Verfahrenstechnik › Elektronik und Mikrosysteme › Optik › Bio- und Medizintechnik › Material- und Prozessanalyse Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Ralf Eckhard Beyer Geschäftsfelder › PVD- und Nanotechnik › Chemische Oberflächen- und Reaktionstechnik › Thermische Oberflächentechnik › Generieren und Drucken › Fügen › Laserabtragen und -trennen › Mikrotechnik

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016IWS-Highlight: Batterieforschung – Technologien für neue Energiespeicher 34› Großserientaugliche Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien 34› Neue Werkstoffkonzepte für mobile Energiespeicher 34› Technologien für stationäre Speicher 34 35IWS-Highlight: Mit Magnetfeldern schweißen 41Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU 42Prof. Dr.-Ing. Dirk Landgrebe (Geschäftsführend) 42Prof. Dr.-Ing. Welf-Guntram Drossel 43Prof. Dr.-Ing. Matthias Putz 47Highlights aus dem Fraunhofer IWU – Von der Idee über den Werkstoff zum Produkt› BMBF-Innovationsprojekte 48› Forschungs- und Entwicklungsprojekte: Gebündelte Werkstoff- und 48 49 Prozesskettenkompetenz für den Automobilbau 53Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) 54Prof. Roland Sauerbrey (Wissenschaftlicher Direktor) 54Prof. Peter Joehnk (Kaufmännischer Direktor) 55 55Heiße Schmelzen kontrollieren 56› Magnetfelder beim Aluminiumguss › ... und bei der Kristallzüchtung 56› Messverfahren für Flüssigmetalle 56Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW)Prof. Dr. Manfred Hennecke (Wissenschaftlicher Direktor)Dr. Doreen Kirmse (Kaufmännischer Direktor)Von der Physik zu neuen Werkstoffen› Quantenzustände der Materie › Funktionsmaterialien› Nanoskalige Materialien› Das IFW – ein gefragter Partner von UnternehmenZwei Beispiele für IFW-typische Materialforschung› Neue Generation flexibler Magnetsensoren› Nanomagnete aus der Röhre

4–5 IM BLICKPUNKT Inhaltsübersicht 63 Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) 64 Prof. Dr. Brigitte Voit (Wissenschaftliche Direktorin) 64 Achim von Dungen (Kaufmännischer Direktor) 64 65 Strategische Themen der Forschung am IPF 65 › Funktionale nanostrukturierte Grenzflächen und Polymersysteme › Biologie-inspirierte Grenzflächen- und Materialgestaltung 66 › Polymere Netzwerke: Struktur, Theorie und Anwendung 66 › Prozessgeführte Strukturbildung polymerer Materialien 66 67 Aktuelle Ergebnisse/Highlights aus dem IPF 69 › Polymere für Elektronik (Prof. Dr. Brigitte Voit) › Robuste wasser- und ölabweisende Polymermembranen (Prof. Dr. Carsten Werner) 71 › Selbstheilende Elastomere (Prof. Dr. Gert Heinrich) › Grenzschichtdesign beim Spritzgießen (Dr. Ines Kühnert) 72 72 Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) 73 Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude (Professur für Leichtbaudesign und Strukturbewertung) 73 Prof. Dr.-Ing. Niels Modler (Professur für Funktionsintegrativen Leichtbau) 74 Prof. Dr. rer. nat. Hubert Jäger (Professur für Systemleichtbau und Mischbauweisen) Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr. h. c. Werner Hufenbach (Seniorprofessur) 81 Forschungsschwerpunkte 82 › Generative Fertigung zur international führenden Technologie entwickeln › Ausstattung 85 › Lehre › Ausgewählte Highlights am ILK Institut für Massivbau der TU Dresden Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach Betoneigenschaften im Fokus Institut für Stahl- und Holzbau (ISH) Prof. Dr.-Ing. Peer Haller

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Formholztechnologie 86› Vom Baum zum Bau 86› Schaumstoff Holz 86› Holz in Bestform 86› Holz als Fliegengewicht 87› Auszeichnungen 87Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) 89Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Wirt. Ing. Chokri Cherif (Professur für Textiltechnik)Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Hartmut Rödel (Professur für Konfektionstechnik) 90Forschungskompetenzen des Institutes für Textilmaschinen und 90Textile Hochleistungswerkstofftechnik 91› Garnkonstruktionen für technische Anwendungen 91› Gewebe für technische Anwendungen 92› Multiaxialgelege und textiles Bauen 92› Hochleistungs- und Abstandswirken 92› Flachgestrickte für technische Anwendungen 93› Textile Verstärkungshalbzeuge für den Leichtbau 93› Textilchemie und textile Ausrüstung 94› Montagetechnik für biegeweiche Materialien 94› Bio- und Medizintextilien 94› Textilintegrierte Sensorik und Aktorik 95› Struktur- und Prozesssimulation› Produktentwicklung für biegeweiche Materialien 99Institut für Werkstoffwissenschaft (ifWW) 100Prof. Dr.-Ing. Christoph LeyensSmarte Materialien aus dem „Labor im Computer“:Das Dresden Center for Computational Materials ScienceDipl.-Phys. Florian Pump (Wissenschaftlicher Koordinator und Leiter der Geschäftsstelle des DCMS)Vorstand des DCMS:Prof. Dr. Gianaurelio Cuniberti (Geschäftsführender Direktor)Prof. Dr. Wolfgang E. NagelProf. Dr. Gotthard Seifert

6–7 IM BLICKPUNKT Inhaltsübersicht 100 100 › Das „Labor im Computer“ 101 › Dresden: Hauptstadt der Materialforschung 101 › Kompetenznetzwerk in der Region 101 › Forschen und lehren für die Zukunft 101 › Breit gefächerte Anwendungsbereiche 101 › Forschung über Fachgrenzen hinweg 102 › Lokale, nationale und internationale Vernetzung 102 › Studiengang „Computational Materials Science“ 102 › Nachwuchsförderung durch Verbundvorhaben › Synergieeffekte und Interdisziplinarität 103 Mitglieder des DCMS 105 Juniorprofessur für Technisches Design 105 Jun.-Prof. Dr.-Ing. Jens Krzywinski 105 › Transfer und Identität durch Design 105 › Forschungs- und Themenschwerpunkte › Lehrbeispiel Audi Sommerprojekt 106 DRESDEN 107 TECHNOLOGIEPORTAL 107 Forschungsgeräte, Technologie- und Serviceangebote der 107 MFD-Institute im Dresdner Technologieportal › Die Vorteile des Technologieportals auf einen Blick 110 › Funktionalitäten › Außendarstellung 112 20. Internationales Dresdner Leichtbausymposium 2016 Systemleichtbau als Innovationstreiber für die Mobilität im Digitalzeitalter Partnerland – VR China Impressum

WIRTSCHAFTSFÖRDERUNG SACHSEN GMBH (WFS)Wirtschaftsförderung Sachsen GmbH –Erfolgreiche Brückenbauer für UnternehmenDie Wirtschaftsförderung Sachsen öffnen und Arbeitsplätze in Sachsen Ansiedlungs- und Absatzförderungs-GmbH (WFS) wurde 1991 als landes- zu schaffen. geschäft sowie in das Standortmarke-eigenes Unternehmen des Freistaates ting sind ein Kompetenzfeld, das dieSachsen gegründet und ist seitdem in „Kurzum: Die WFS baut Brücken für WFS seit einigen Jahren intensiviert.drei wesentlichen Aufgabengebieten sächsische Unternehmen auf ihremtätig. Sie betreibt Standortwerbung Weg in die Welt und für Investoren Zudem knüpft die WFS Netzwerkefür Sachsen und berät potenzielle In- auf ihrem Weg nach Sachsen“, zwischen Unternehmen und For-vestoren umfassend von der Idee bis so Peter Nothnagel, Geschäftsführer schungseinrichtungen, damit Heraus-zur Realisierung eines Ansiedlungs- der WFS. forderungen der Zukunft gemeistertprojekts. Darüber hinaus unterstützt werden können und gute Ideen zudie WFS sächsische Unternehmen bei Eine wichtige Grundlage für die effek- marktfähigen Produkten und Dienst-ihren Exportbestrebungen und bahnt tive Arbeit der WFS ist ihre strategi- leistungen werden. Profitieren Sie vonKooperationen mit Unternehmen sche Ausrichtung an den sächsischen unserer Kompetenz aus 25 Jahrenaußerhalb Sachsens an. Ziel ist es, Kernbranchen. Das vorausschauende erfolgreicher Wirtschaftsförderung!neue internationale Absatzchancen Erkennen von relevanten Technologie-für die sächsische Wirtschaft zu er- Trends und ihre Einbeziehung in das Mehr unter: www.wfs.sachsen.de103-015-011_cs5.indd 1 05.02.16 11:37

8–9 IM BLICKPUNKT Inserentenverzeichnis Ametek GmbH 18 How to Improve Your EBSD Analysis Results with PRIAS and NPAR 9 AXO DRESDEN GmbH 13 BESTEC GmbH Ihr kompetenter Partner für innovative und zuverlässige Lösungen in der Vakuumtechnologie U2 10 Carl Zeiss Microscopy GmbH 50 Mikroskopische Methoden in der Metallographie mit ZEISS Axio Observer materials CREAVAC-Creative Vakuumbeschichtung GmbH 44 Phasenbildung und -umwandlung von co-gesputterten und thermisch verdampften TiAI Dünnschichten auf LGS und CTGS 27 28 ETO MAGNETIC GmbH 36 Magnetische Formgedächtnislegierungen als Basis intelligenter mechatronischer Systeme 61 Heraeus Holding GmbH 58 Heraeus: 3D-Druck wird die „metallische Welt“ verändern 57 96 InfraTec GmbH 38 Zerstörungsfreies Prüfen mit Thermografie für mehr Qualität beim Laserschweißen U3 PhysTech Coating Technology GmbH U4 Phystech Coating – Meisterstücke der PVD Dünnschichttechnologie 108 RADISSON BLU PARK HOTEL & CONFERENCE CENTRE Sandler AG Vliestechnologie als Quelle für Polymere Werkstoffe für LWRT: Sandwichkerne und TPC SENTECH Instruments GmbH SENTECH Gesellschaft für Sensortechnik mbH SENTECH Instruments entwickelt, produziert und verkauft hochqualitative Anlagen für die Plasma Prozesstechnologie, die Atomlagenabscheidung, die Dünnschichtmesstechnik und die Photovoltaik Straumann GmbH Symate GmbH Detact® – Ein smartes System für mehr Effizienz in der Materialcharakterisierung

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Veritas AG 78Veritas AG – Emissionsreduktion durch Materialkompetenz für Funktions- und Modullösungen 7Wirtschaftsförderung Sachsen GmbH (WFS) 77Wirtschaftsförderung Sachsen GmbH – Erfolgreiche Brückenbauer für UnternehmenWYNDHAM GARDEN HOTELSAXO DRESDEN GmbH • 1D & 2D focusing and parallel beam multilayer X-ray optics for XRR, XRD, XRF, SAXS and moreApplied X-ray Optics – High Precision Deposition • Up-grade of all common X-ray systemsGasanstaltstr. 8b · 01237 Dresden · Germany • Multilayer synchrotron optics from EUV to the hard X-ray regionphone: +49 351 250897 20 · fax: +49 351 250897 66 • Tailored micro-focus X-ray source systems with optimized [email protected] · www.axo-dresden.de • Sub-nanometer precision large area deposition • Thin film multi-element reference samples for X-ray fluorescenceMultilayer103-015-007_CS5.indd X1 -ray Optics High Precision Deposition 12.04.16 12:40

10 – 11 CARL ZEISS MICROSCOPY GMBH Abb. 1: Gefügeanalyse an Makroschliffen größerer NE-Gussbauteile: Einfacher und schneller zum Ziel kommt man aufgrund der inversen Bauform des Mikroskops: Die Probeneinbettung kann entfallen, aufgelegte Proben befinden sich direkt in Schärfe- ebene und auch große und schwere Proben können direkt untersucht werden.1 Mikroskopische Methoden in der Metallo- graphie mit ZEISS Axio Observer materials Die Mitarbeiter des Instituts für Innovative Methoden in der rer voneinander zu trennen. Die Materialforschung (IMFAA) an der Metallographie mikroskopische Prüfung ist somit Hochschule Aalen beschäftigen Das Institut für Materialforschung Notwendigkeit und Herausforderung sich mit der Materialsynthese und Aalen (IMFAA) an der Hochschule gleichzeitig. In vielen Fällen ist eine Materialanalytik von klassischen Aalen ist über die Grenzen hinaus Kombination von Lichtmikroskop und metallischen und keramischen eine anerkannte Größe in der Metal- Elektronenmikroskop notwendig um Werkstoffen sowie von hochmo- lographie. Es agiert unter gemeinsa- die Strukturen eindeutig zu bestim- dernen Funktionswerkstoffen mer Leitung der Professoren Gerhard men. Das Lichtmikroskop ist aber und Verbundwerkstoffen. Diese Schneider, Volker Knoblauch und nach wie vor das Untersuchungsgerät Aufgaben bedeuten: wechselnde Dagmar Goll, Dr. Alwin Nagel und der ersten Wahl. Die Gefüge werden Proben und wechselnde Anforde- Dr. Timo Bernthaler. Durch den Zu- mikroskopisch konventionell durch rungen, Vielseitigkeit der Frage- sammenschluss bündeln die Forscher Ätz- oder durch Abdruckverfahren stellungen sowie die Suche nach ihre Forschungsaktivitäten und Kom- sichtbar gemacht. Die zu untersu- einer Mikroskop-Lösung, die auch petenzen unter einem Dach. Dadurch chenden Proben werden zuerst nass in puncto Flexibilität diesen An- können enorme Synergien erreicht gesägt und geschliffen, poliert und forderungen gewachsen ist. Dazu werden. Die Forschungsschwerpunkte schließlich angeätzt. Dann folgt die testeten die Forscher am Institut am Institut liegen in der Applikation lichtmikroskopische Untersuchung drei Monate lang Axio Observer und Weiterentwicklung der Methoden (Abb. 1). Im Folgenden wird ein materials von ZEISS in der Praxis. der Materialographie, auf dem Gebiet Auszug typischer metallographischer funktionaler Verbundwerkstoffe, der Applikationen vorgestellt. Kontakt Magnete und der Batteriematerialien. 1. Probe: Stahl Hochschule Aalen Die Kenntnis über das Gefüge, die Institut für Materialforschung Kristallstruktur, Mikromorphologie Die Aufgabe: Gaby Ketzer-Raichle und die Elementzusammensetzung Korngrößenbestimmung – ASTM E112 Metallographin/Dozentin für wie die -verteilung sind wesentlich an Elektrobandstahl Materialographie für die Sicherheit bei Konstruktionen [email protected] und Bauteilen aller Größenordnun- Korngröße und -verteilung haben Carl Zeiss Microscopy GmbH gen – von Maschinenbau bis Luft- einen signifikanten Einfluss auf die ZEISS Group fahrttechnik, vom Kraftwerksbau bis Stoffeigenschaften und stellen in der Dr. Susanne Klerner hin zur Elektrotechnik. Die Struktu- Metallurgie dieser Werkstoffe sen- Product Manager ren, die betrachtet werden und die sible Größen dar. Besonders einfach [email protected] maßgeblich für die Eigenschaften der ist die Bestimmung mittels Überla- www.zeiss.com/microscopy Werkstoffe verantwortlich zeichnen, gerung von Vergleichsplatten, wie in werden immer kleiner und schwe- Abb. 2 dargestellt.

CARL ZEISS MICROSCOPY GMBHAbb. 2: Unlegierter, kohlenstoffarmerStahl. Ferritkörner. Korngrößenver-teilung. Ätzung: 1% HNO3. 100facheVergrößerung. (EC Epiplan-NEOFLUAR10 x /0,25 DIC; Hellfeld)Abb. 3: TENIFER-Nitrierschicht: Verbin-dungsschicht (25 µm) Ätzung: 3% HNO3.500fache Vergrößerung. (EC Epiplan-NEOFLUAR 50x/0.55 HD DIC; Hellfeld) 22. Prüfung: 3TENIFER-NitrierschichtDie Aufgabe:SchichtdickenbestimmungDas Nitrocarburieren nach demTENIFER®Verfahren wird eingesetztzur Erhöhung der Oberflächenhärte,des Verschleißwiderstands, der Dauer-festigkeit und der Korrosionsbestän-digkeit der Werkstoffe. Dabei wirddie Schichtdicke und die Nitriertiefewesentlich von der Werkstoffzusam-mensetzung beeinflusst, sie ist einMaß für die Beurteilung des techni-schen Prozesses (siehe Abb. 3).3. Prüfung:NE Metalle – GlockenbronzeDie Aufgabe:Bestimmung der GussqualitätDas Sichtbarmachen von Gefügeauf-bau, der Erstarrungsstruktur, die Be-stimmung der Homogenität über dasBauteil oder die Messung der Korn-Abb. 4: Glockenbronze: Dendritische 4α-Mischkristalle in verschiedenen Kris-tallorientierungen mit (α+δ)-Eutektoid.Ätzung: Klemm 1. 200fache Vergrößerung.(EC Epiplan-NEOFLUAR 20x / 0,50 HD DIC;Hellfeld)

12 – 13 CARL ZEISS MICROSCOPY GMBH Abb. 5: Sondermessing: ␣-Phase mit Textur und senkrecht dazu orientier- ter Silizidausscheidungstruktur. Ätz- poliert mit Eisen-III-Nitrat. 200fache Vergrößerung (EC Epiplan-NEOFLUAR 20 x /0,50 HD DIC; Hellfeld) Abb. 6: Stahlträger aus Baustahl: Perlitzeilen und Ferritkörner. Elektro- lytisch geätzt. 200fache Vergrößerung (EC Epiplan-NEOFLUAR 20 x / 0,50 HD DIC; Hellfeld) größe helfen Aussagen über die Qua- 5 lität des Glockengusses zu machen (Abb. 4). Beispielsweise werden die Klangeigenschaften durch die Legie- rung und das Gefüge mitbestimmt. 4. Prüfung: Sondermessing-Legierung Die Aufgabe: Beurteilung der Gleit- und Verschleißeigenschaften Das Sichtbarmachen des Gefüges in 6 Verbindung mit der Analyse von Son- dermessing-Legierungen dient vor allem der Qualitätskontrolle. Der Ein- fluss einer Walztextur der ␣-Misch- kristallphase mit überlagernder Tex- tur der Silizidausscheidungen (Abb. 5) ist für die Verarbeitung von Bedeu- tung. Größe, Menge und Verteilung der Silizidausscheidungen haben vor allem Einfluss auf die Gleit- und Verschleißeigenschaften. 5. Prüfung: Résumé Observer materials mit der dazuge- Stahlträger aus Baustahl Um die Strukturen eindeutig zu hörigen Analysesoftware Axio Vision bestimmen, ist es besonders wichtig, bestens abdecken. Besonders hervor- Die Aufgabe: die mikroskopische Betrachtung zuheben sind die schnelle Bewegung Qualitätssicherung durch Sichtbar- mit qualitativ höchstem Anspruch des Probentisches – manuell- und machung des Normalisierungsgefü- durchzuführen. Die Eigenschaftsbe- softwaregesteuert, die einfache Be- ges und Überprüfung der Ausprä- schreibung beinhaltet des Weiteren dienung durch den Touchscreen, alle gung des Zeilengefüges, wie in z. B. die Bestimmung von Schicht- Funktionen sind direkt ansteuerbar, Abb. 6 dargestellt. Daraus können dicken, der Phasenanteile und der die gute Kommunikation von Soft- Rückschlüsse auf Eigenschaften wie Korngrößen bis hin zur mikroskopi- ware und Mikroskop, der Lichtmana- Umformbarkeit, Schweißbarkeit, schen Bestimmung des Reinheitsgra- ger ermöglicht Presets der Belichtung Neigung zum Terrassenbruch, u. a. des nach Normen. All diese Aspekte von jedem Objektiv, um nur einige zu gezogen werden. können wir mit dem Mikroskop Axio benennen.

BESTEC GMBH BESTECBESTEC GmbH – Ihr kompetenter Partner für innovative undzuverlässige Lösungen in der VakuumtechnologieOptik-Baugruppen und Anlagen fürSysteme für Anwendungen Beschichtung undim Vakuum OberflächenanalytikBESTEC ist seit 25 Jahren auf Produktion von HV- und UHV- und unbürokratischen Auftragsab-dem Wirtschafts- und Wissen- Anlagen für Beschichtung und wicklung.schaftsstandort WISTA in Berlin- OberflächenanalytikAdlershof ansässig. z. B. vollautomatisierte HV- und UHV- BESTEC bietet seinen Kunden Trans- Beschichtungsanlagen, Clustertools parenz bei der AuftragsabarbeitungDas Produkt- und Leistungsprofil für die Realisierung kompletter Her- bis zu einem sehr fortgeschrittenenvon BESTEC erstreckt sich über stellungstechnologien für organische Stadium.Planung, Konstruktion und Pro- Leuchtdiodensysteme oder Solarzellen.duktion kundenwunschgerechter Dies ermöglicht auch noch zu einemGeräte und Baugruppen der Produktion von speziellen Optik- späten Zeitpunkt die RealisierungUltrahochvakuumtechnik (UHV- Baugruppen und Systemen für von Änderungen bzw. Ergänzun-Technik) bis hin zu kompletten Anwendungen im Vakuum gen am Systemdesign. Durch engeSystemlösungen für Oberflächen- z. B. Monochromatoren und Spalt- Kooperation mit Universitäten undanalytik, Beschichtungstechnolo- systeme sowie komplette Beamlines Forschungseinrichtungen fließengien und Spezialanwendungen. im Infrarot- und Soft-X-ray-Bereich die Erkenntnisse über zukünftige an Elektronenspeicherringen, oder Anforderungen der Forschungsgrup-BESTEC ist seit 1990 kontinuierlich zu Reflektometer im EUV-Bereich zur pen kontinuierlich in die Entwicklungeinem national und international er- Vermessung von Röntgenspiegeln. unserer Geräte und Anlagen mit ein.folgreichen Unternehmen gewachsen, Hohe fachliche Kompetenz, leis-das auf höchstem, technisch realisier- tungsfähige Entwicklungstechnik Das Unternehmen erfüllt seit dembarem Niveau arbeitet. Dabei konzent- und ein hohes persönliches Enga- Jahr 2000 die hohen Anforderungenrieren wir uns auf 2 Geschäftsbereiche: gement aller Mitarbeiter stehen im eines QMS-Systems und ist nach Zusammenhang mit einer schnellen DIN-EN ISO 9001:2008 zertifiziert. Kontakt BESTEC GmbH Am Studio 2b D-12489 Berlin-Adlershof Tel.: +49 (0)30 677-4376 Fax: +49 (0)30 677-5718 [email protected] www.bestec.de

14 – 15 IM BLICKPUNKT Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Institutsleitung: Zielgruppen/Branchen:Prof. Dr.-Ing. Bernd Kieback ■ Fahrzeugbau ■ Elektronik ■ Energietechnik ■ Maschinenbau ■ Medizintechnik ■ Luft- und Raumfahrt Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAMDas Fraunhofer IFAM Dresden Entwicklungsschwerpunkte Energietechnik ᭤ z.B. Materialien ▲betreibt Grundlagen- und Anwen- ■ Zellulare metallische Werkstoffe, zur Wasserstofferzeugung unddungsforschung zur problem- -speicherung, Elektrodenwerkstoffe,orientierten Werkstoff- und Tech- wie metallische Hohlkugel- und Wärmeübertrager aus zellularennologieentwicklung für innovative Leichtbaustrukturen, hochporöse Metallen, Thermoelektrische Werk-Sinter- und Verbundwerkstoffe, Faserwerkstoffe, offenzellige PM- stoffe, Verbundwerkstoffe für latenteenergietechnische Funktionswerk- Schäume, 3D-Siebdruckstrukturen und sorptive Hochleistungsspeicher,stoffe sowie zellulare metallische und metallische Sinterpapiere für Hochtemperaturlegierungen, Super-Werkstoffe. vielfältige Einsatzmöglichkeiten. kondensatoren, Wärmesenken ■ Werkstoffe und Fertigungstech- Maschinenbau ᭤ z.B. Leichtbau-Das Leistungsspektrum schließt die niken für Funktionswerkstoffe werkstoffe mit hohem Dämpfungs-industrielle Umsetzung der For- der Wasserstofftechnologie und vermögen, Reib- und Gleitwerkstoffeschungsergebnisse bis zur Fertigung Elektrochemie. Medizintechnik ᭤ z.B. Knochener-prototypischer Bauteile ein. Spezielle ■ Werkstoffe für thermische Speicher satzwerkstoffe aus zellular aufgebau-Technologien, wie z. B. Additiv Gene- und Wärmemanagementsysteme tem Titan, biodegradable Werkstofferative Fertigung, Melt-Spinning, sowie Hochtemperaturwerkstoffe. aus Magnesium und EisenSchmelzextraktion, Spark-Plasma-Sin- ■ Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe Luft- und Raumfahrt ᭤ z.B. Alumi-tern, Mikrowellensintern, metallischer und PM-Leichtmetalle sowie Spe- nium-Legierungen, Hochtemperatur-3D-Siebdruck und Abformverfahren zialwerkstoffe mit maßgeschnei- werkstoffe, Multifunktionelle Leicht-unterstützen die Werkstoff- und derten Eigenschaftskombinationen bauwerkstoffe aus zellularen Metallen,Komponentenentwicklung. Im ak- für funktionelle und strukturelle Titan-Werkstoffe und Titanaluminidekreditierten Prüflaboratorium werden Anwendungen.Pulvercharakterisierungen und Prü- ■ Entwicklung von pulvermetallurgi- Kontaktfungen gesinterter Werkstoffe nach schen Technologien und Verfah-DIN-/ ISO-Standards durchgeführt. ren sowie Verfahren zur generati- ven Fertigung.Das Fraunhofer IFAM Dresden ist eine Kompetenzfelder Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Ange-der führenden Forschungseinrich- Fahrzeugbau ᭤ z.B. Thermoelek- wandte Materialforschung IFAM, Institutsteil Dresdentungen weltweit in der Entwicklung trische und crashabsorbierende Prof. Dr.-Ing. Bernd Kiebackvon Hochleistungssinterwerkstoffen Werkstoffe, Leichtbau- und Schall- Winterbergstraße 28für funktionelle Anwendungen und dämpferwerkstoffe, Dieselpartikel- D-01277 Dresdenzeichnet sich durch sein starkes inter- filter, Superkondensatoren Tel.: +49 (0)351 2537-300disziplinäres Team auf den Gebieten Elektronik ᭤ z. B. Thermal Manage- Fax: +49 (0)351 2537-399Werkstoff- und Fertigungstechnik, ment, Thermoelektrische Werkstoffe, [email protected], Mechatronik, Leiterwerkstoffe, Wärmeübertrager www.ifam-dd.fraunhofer.deChemie und Physik aus. aus zellularen Metallen

16 – 17 IM BLICKPUNKT Das Fraunhofer IFAM Dresden im Überblick Sinter- und Verbund- Leichtbauwerkstoffe Weitere Schwerpunkte des For- werkstoffe Aufgrund der steigenden Nachfrage schungsgebietes liegen im Bereich nach hochfesten Leichtbaukompo- der Die Entwicklung von Werkstoffen mit nenten sind Aluminiumbauteile, die ■ Tribologie, maßgeschneiderten Eigenschaften so- durch pulvermetallurgische Metho- ■ Entwicklung von wie dazu benötigten Fertigungstechno- den hergestellt werden, besonders logien sind aufgrund von technischen, interessant und spielen vor allem für Sputter Targets sowie ökonomischen und ökologischen die Automobilindustrie eine wichtige ■ Hochtemperaturwerkstoffe Gründen entscheidende Thematiken Rolle. Pulvermetallurgische Technolo- in jedem Bereich der angewandten gien bieten ein einzigartiges Poten- und Komponenten. Forschung. Angewandte pulvermetal- zial, um Aluminiumlegierungen mit lurgische Verfahren eröffnen zahlreiche maßgeschneiderten mechanischen, Neben konventionellen pulvermetal- Möglichkeiten für die Herstellung von thermophysikalischen und Reibungs- lurgischen Verfahren werden ebenso Werkstoffen mit verbesserten Eigen- eigenschaften zu entwickeln. spezielle angewandte Verfahren im schaften für die strukturelle und Fraunhofer IFAM Dresden eingesetzt. funktionelle Anwendung. Werkstoffe und Bauteile für das Als Beispiele dafür können Melt- thermische Management Spinning (MS) und Spark-Plasma- Unsere Kompetenzen im Bereich der Durch die ständige Erhöhung der Sintern (SPS) erwähnt werden. Materialforschung und die Verfüg- Leistungsdichte von elektronischen barkeit einer breiten modernen Bauteilen ist es immer wichtiger ge- Zellulare metallische pulvermetallurgischen Infrastruktur worden, das Problem der thermome- Werkstoffe ermöglichen die Abdeckung der chanischen Belastung während des gesamten Produktionskette – von Betriebes zu lösen. Verbundwerkstof- Die Reduzierung des Materialeinsat- der Herstellung geeigneter Aus- fe mit hoher thermischer Leitfähigkeit zes in Fahrzeugen, Maschinen und gangspulver bis hin zur Herstellung und reduzierten Wärmeausdehnungs- Geräten ist eine ständige Herausfor- prototypischer Bauteile. Die additive koeffizienten können dazu beitragen, derung für die Industrie, da hierbei Fertigung, speziell Selektives Elektro- dieses Problem zu eliminieren. Ressourcenschonung sowie Ener- nenstrahlschmelzen (SEBM), bildet gie- und Kostensenkungen erzielt einen neuen Forschungsschwerpunkt. Thermoelektrische Werkstoffe werden können. Mit diesem Fokus Die Qualifizierung geeigneter Pulver, Neben der Werkstoffforschung sind in den letzten Jahren innovative die Konstruktion und Topologieopti- liegt der Hauptfokus der Aktivitä- funktionelle Leichtbauwerkstoffe mierung, die Prozess- und Werkstoff- ten im Bereich thermoelektrischer entwickelt worden, die bereits in entwicklung sowie die Prototypen- Werkstoffe auf der Entwicklung von industriellen Untersuchungen getes- fertigung stehen im Mittelpunkt der kompatiblen Fertigungstechniken tet worden sind. Arbeiten für Partner aus Luftfahrt, für die industrielle Anwendung und Automobil- und Maschinenbau. Serienproduktion. Der Einsatz zellularer metallischer Werkstoffe (ZMW) ermöglicht die

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Realisierung einer Vielzahl anwen- Aus regenerativen Energiequellen ■ Hydrolysedungsspezifischer Eigenschaften und erzeugter Wasserstoff muss kon- Materialien und Systeme zurEigenschaftskombinationen, die ins- ventionelle fossile Energieträger im Energieerzeugung mittels Wasser-besondere durch den Werkstoff und zunehmenden Maße ersetzen, um Feststoff-Reaktionendie Zellstruktur bestimmt werden, das weltpolitische Ziel einer Halbie-wie Steifigkeit, Schallabsorption, rung der CO2-Emission bis zum Jahr Energie und ThermischesWärmeisolation, Energieabsorption, 2050 zu erreichen. Dieser Paradig- Managementmechanische Dämpfung, Stoff- und menwechsel von einer auf fossilenEnergietransport oder katalytische Brennstoffen hin zu einer auf Was- Das Hauptanliegen des Geschäfts-Effekte. serstoff basierenden nachhaltigen feldes Energie und Thermisches Energiewirtschaft verlangt zahlreiche Management ist der Technologie-ZMW können aus flüssigen, festen technische, infrastrukturelle und transfer zwischen Werkstoffwissen-oder gasförmigen Phasen hergestellt regulatorische Innovationen. schaftlern und Energietechnikern inwerden. Das bisher höchste techno- den Bereichenlogische Level wurde durch metal- Energietechnische Systeme, die ■ effiziente Speicherung thermischerlurgische und pulvermetallurgische der Erzeugung, Speicherung, demVerfahren erreicht. Jedoch befinden Transport sowie der Nutzung von Energie (Wärme – Kälte),sich viele dieser Techniken immer Wasserstoff dienen, müssen konti- ■ Optimierung von Wärmeübertra-noch im Entwicklungsstadium. Zur- nuierlich weiterentwickelt werden,zeit erforschen die Wissenschaftler um Verbesserungen hinsichtlich Ener- gungsvorgängen (Heizen – Kühlen –am Fraunhofer IFAM Dresden sechs gieeffizienz, Robustheit, Sicherheit Verdampfen – Kondensieren)Verfahren zur Herstellung von zellu- und Wirtschaftlichkeit zu erreichen. sowielaren metallischen Werkstoffen: ■ Lösung anspruchsvoller Aufga-■ Metallische Faserstrukturen Hierbei spielen neue Materialien und ben im Bereich des thermischen■ Metallische Hohlkugelstrukturen Fertigungstechnologien eine ent- Managements.■ Offenzellige metallische Schäume scheidende Rolle. Die Wissenschaftler■ 3D-Siebdruckstrukturen und Ingenieure der Abteilung Was- Dabei kommen numerische Me-■ 3D-Drahtstrukturen serstofftechnologie am Fraunhofer thoden bei der Modellierung von■ Poröse metallische Papiere IFAM Dresden entwickeln vor diesem Wärme- und Stofftransportvorgän- Hintergrund neue Werkstoffe sowie gen ebenso zum Einsatz wie dieWasserstofftechnologie Prozesse zu deren Herstellung und experimentelle Charakterisierung Verarbeitung aus den Bereichen von Werkstoffen und BaugruppenWasserstoff gilt im Hinblick auf den ■ Elektrolyse im wärmetechnischen Labor.weltweiten Klimawandel, auf geo- Darüber hinaus werden beliebigepolitische Abhängigkeiten bezüglich Elektrodenmaterialien, Elektroka- thermodynamische und strömungs-fossiler Energieträger sowie auf die talysatoren, Separatoren, Zellde- technische Fragestellungen auchglobale Wettbewerbsfähigkeit der signs für die Wasserelektrolyse ohne Bezug zu den entwickelteneuropäischen Industrie als sauberer, ■ Wasserstoffspeicherung Werkstoffen bearbeitet, wie bei-sicherer und vielseitiger Energie- Sorptionsmaterialien und Systeme spielsweiseträger. zur Wasserstoffspeicherung auf ■ die wärmetechnische Auslegung Basis von Metallhydriden, Kom- plexhydriden, MOFs, Graphiten energie- bzw. verfahrenstechni- scher Komponenten.

18 – 19 AMETEK GMBH How to Improve Your EBSD Analysis Results with PRIAS and NPAR Orientation Contrast Atomic Number Contrast Topographical Contrast Pattern Region of Interest and glasses. PRIAS Imaging simul- tion of the grain boundaries and Analysis System (PRIAS) taneously detects multiple contrast microstructure and can be used for PRIAS is a synergistic imaging tech- mechanisms such as orientation a rapid estimation of grain size. By nique for visualizing microstructure. contrast, atomic number contrast combining multiple detectors with It enables users to quickly charac- and topographical contrast. flexible image visualization and terize materials without full EBSD analysis, PRIAS enables exciting pattern indexing. With a novel use PRIAS has a comprehensive toolbox new insights into today’s materials of the EBSD camera, PRIAS provides for processing, coloring, and extract- analysis. as many as 25 positional electron ing useful information from the detectors to allow unprecedented images generated from the multiple Neighbor Pattern Averaging flexibility in image collection and positional detectors. The detec- and Reindexing (NPAR) visualization. Applications include tor signals can also be compared EBSD indexing performance is traditional EBSD materials like met- computationally and the difference determined by the imaging noise als, ceramics, semiconductors, and displayed as greyscale or colored and the acquisition speed of the minerals as well as analysis of plastics images. This allows quick identifica- patterns. In order to collect EBSD Kontakt Single Detector Multiple Detector Mixed Greyscale & Greyscale RGB Color RGB Color Image Ametek GmbH Geschäftsbereich EDAX Rudolf-Diesel-Straße 16 D-64331 Weiterstadt Tel.: +49 (0)6150 543-7050 www.edax.com

AMETEK GMBH Pegasus2_Matthias_Layout 1 2/12/16 2:43 PM Page 1 Pegasus2_Matthias_Layout 1 2/12/16 2:43 PM Page 1data faster, noisier patterns are performance. All the EBSD patterns TEAM™ Pegasus for EDS & EBSD Analysisacquired and analyzed. This works are saved during mapping. For eachfine up to a point, but eventually point in the map, all the surrounding Smart enough to help you reach the summitthe signal to noise level in a pattern patterns are selected and averageddrops to a level where the band posi- with the selected point. This pat- TEAM™ Pegasus for EDS & EBSD Analysistions cannot be accurately detected. ented approach reduces noise and •SmauEsDretrSeiannnteodrfuEagBceSh.DtoseahmellepssylyoinutergeraatecdhwtihtheassuinmglemitWhen this occurs the noise level of improves indexing results, allowingthe patterns must be reduced by the EBSD system to run at faster •• dOlOuEiegsDcctehtetrSaatcnnietanoeelntereEEdmwrllfEieiaitttneBcehteS--S.sDaeai3nnnNsseeeiw4twaimwvbbiiltrrneyeesd.eesoddlwyooifffnoEEtreDDguSrSpatstseoiildlii6ccw0oo%ninthddirnariicffstrtienagslee inslowing down the acquisition or by speeds and lower beam currents •averaging multiple frames from the than previously possible.camera. With these benefits, NPAR is a newNPAR provides a new solution that exciting way to sharpen your EBSDreduces image noise and maintains data and improve your EBSD systemcollection time to improve indexing performance. • sHdlipegiektheeatcdretiocl-eormtlwhleeeictnhfttiaoSssnetie3nasNstni4tdEiwvBhiiitSngyDd.hopcwaremfcoeirsriauospnatmvoae6ial0as%bulreei,nmfcoernerath.sieghin •• S3sHptcirekeleiaacdrmkicsl-o.intlhleeedcftwiaosontrekasftnlodEwBhsiSgDfhorpcafraemscteisraianosdnaamvcaeciaulasrbualrteee,mrfeoesnruthl.tisgihn EBSD Data collected from • Streamlined workflows for fast and accurate results in an Inconel 600, Nickel 3 clicks. superalloy at 500 pA beam current at 500 indexed points per second without NPAR (left) and with NPAR (right).

20 – 21 IM BLICKPUNKT Keramische Technologien und Systeme

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Institutsleitung: Zielgruppen/Branchen:Prof. Dr. Alexander Michaelis ■ Werkstoffe und Verfahren ■ Maschinenbau und Fahrzeugtechnik ■ Energie ■ Umwelt- und Verfahrenstechnik ■ Elektronik und Mikrosysteme ■ Medizintechnik ■ Optik ■ Material- und Prozessanalyse Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS ▲Das Fraunhofer-Institut für Kerami- Ausgehend von einem umfassenden ren. Dazu gehören die klassischensche Technologien und Systeme IKTS Werkstoffwissen über keramische Werkstoffe und Verfahren, Maschi-deckt das Feld der Technischen Kera- Hochleistungswerkstoffe erstrecken nenbau und Fahrzeugtechnik, Elek-mik von der grundlagenorientierten sich die Entwicklungsarbeiten über tronik und Mikrosysteme, Energie,Vorlaufforschung bis zur Anwendung die gesamte Wertschöpfungskette Umwelt- und Verfahrenstechnik, Bio-in seiner ganzen Breite ab. Gemein- bis hin zur Prototypenfertigung. Das und Medizintechnik, Optik sowie diesam formen die drei Standorte in Fraunhofer IKTS zeichnet sich damit Material- und Prozessanalyse.Dresden und Hermsdorf (Thüringen) durch eine mehrfache Kompetenzdas größte Keramikforschungsinstitut aus: Der Dreiklang aus Werkstoff- Das Institut bietet sich damit als kom-Europas mit hervorragend ausgerüs- Know-how, Fertigungstechnologien petenter Ansprechpartner und ersterteten Labors und Technika auf mehr und Systemintegration wird ergänzt Anlaufpunkt für alle keramikbezo-als 30 000 m2 Nutzfläche. durch eine Werkstoff- und Prozess- genen Problemstellungen an – ein analytik auf höchstem Niveau. Che- echter „One Stop Shop“ für dieAls Forschungs- und Technologie- miker, Physiker, Werkstoffwissen- Keramik.dienstleister entwickelt das Fraunhofer schaftler und Ingenieure arbeitenIKTS moderne keramische Hochleis- im IKTS interdisziplinär zusammen, Kontakttungswerkstoffe, industrierelevante wobei alle Arbeiten durch versierteHerstellungsverfahren sowie prototy- Techniker begleitet werden. Fraunhofer-Institut für Keramischepische Bauteile und Systeme in voll- Technologien und Systeme, IKTS Dresdenständigen Fertigungslinien bis in den Hochleistungskeramiken sind Aus- Katrin Schwarz – Presse- und ÖffentlichkeitsarbeitPilotmaßstab. Völlig neue Perspekti- gangspunkt für die kontinuierliche Winterbergstraße 28ven ergeben sich durch die Erweite- Verbesserung von Systemen, aber D-01277 Dresdenrung des Forschungsportfolios um auch für völlig neue Anwendungen. Tel.: +49 (0)351 2553-7720die Kompetenzen Werkstoffdiagnose Neben den Keramikherstellern stehen Fax: +49 (0)351 2554-114und -prüfung. Durch die Entwick- daher insbesondere die bestehen- [email protected] neuer Prüfverfahren über die den und zukünftigen Anwender www.ikts.fraunhofer.degesamte Wertschöpfungskette bietet von Keramik als Projektpartner unddas Fraunhofer IKTS entscheidende Kunden im Fokus.Kompetenzen für die Qualitätssiche-rung von Produkten, Prozessen und Das Fraunhofer IKTS arbeitet in achtAnlagen. Dafür steht ein Spektrum marktorientierten Geschäftsfeldern,neuer Methoden aus den Bereichen um keramische Technologien undAkustik, Elektromagnetik, Optik, Komponenten für neue Branchen,Mikroskopie und Strahltechnik zur neue Produktideen und neue MärkteVerfügung. zu demonstrieren und zu qualifizie-

22 – 23 IM BLICKPUNKT12 Abb. 1: Additiv gefertigter keramischer Mischer mit wechselnden Kanalquer- Geschäftsfelder schnitten für Mikrofluidikanwendungen. Abb. 2: Extrudiertes keramisches Filterelement. Abb. 3: Brennstoffzellensystem im Test.  Werkstoffe und Verfahren Keramiken oder Verbundwerkstoffen gen durch neue und optimierte Hoch- Das Fraunhofer IKTS bearbeitet lassen sich optisch aktive Keramiken, leistungskeramiken besitzt daher tra- die gesamte Breite an relevanten effiziente Hochtemperaturwerkstoffe ditionell einen hohen Stellenwert am oxidischen, nichtoxidischen und oder elektrisch leitfähige Keramiken Fraunhofer IKTS. Im Mittelpunkt steht silikatkeramischen Werkstoffen bis realisieren. Verfahrensinnovationen dabei die Optimierung von Standzeiten hin zu Verbundwerkstoffen, Gläsern, wie die Additive Fertigung bringen und somit die wirtschaftliche Effizi- Hartmetallen und Cermets. neue Impulse für Keramikhersteller enz einer Maschine oder Anlage. und -anwender, indem bisher un- Die angewandte Forschung erstreckt mögliche Geometrien, Funktionali- Mit der Erweiterung des Portfolios sich über die gesamte Technologie- täten und neue Geschäftsmodelle um die Kompetenzen des ehemali- kette von der Werkstoffsynthese über umgesetzt werden können. gen Fraunhofer-Instituts für Zerstö- Pulveraufbereitung und Formgebung rungsfreie Prüfverfahren IZFP wird bis zur Bewertung des Bauteilverhal- Das Fraunhofer IKTS ist bestens mit diese Idee konsequent fortgeführt. tens im Einsatz. Das Leistungsspek- anderen werkstoffwissenschaftlichen Die Überwachung hochbelasteter trum der Formgebungsverfahren reicht Einrichtungen vernetzt, um gemein- Komponenten und Fertigungsanlagen von der Press-, Gieß- und plastischen sam einzigartige Entwicklungen erlaubt, frühzeitig Defekte zu erken- Formgebung über additive Verfahren anzustoßen. Hocheffiziente Metall- nen und zu lokalisieren. Dafür steht bis hin zu Multilayertechnologie, Keramik-Pellets für die Wärmespei- ein breites Portfolio an einzigartigen Direktdruck- und Beschichtungsver- cherung oder Fügetechnologien für Methoden zur zerstörungsfreien Erfas- fahren. Eine große Anzahl von Wär- Metall-Keramik-Komponenten im sung von kritischen Materialparame- mebehandlungsverfahren sowie eine Automobil sind nur zwei Beispiele, tern wie Faser- und Gefügestrukturen, leistungsfähige Grün- und Finishbear- die das außerordentliche Potenzial Spannung, Porosität, Rissbildung oder beitung runden das Kompetenzport- werkstoffübergreifender Lösungen Delaminationen zur Verfügung. Die folio ab. Begleitet von einer umfas- verdeutlichen. Signale werden detektiert, über eige- senden Analytik erhalten Kunden und ne leistungsfähige Hardwarekompo- Projektpartner jegliche Unterstützung, Maschinenbau und nenten verarbeitet und durch die im um das Potenzial keramischer Werk- Fahrzeugtechnik Haus entwickelte Software visualisiert stoffe und Technologien in seiner Hochleistungskeramiken sind Schlüs- und ausgewertet. ganzen Breite nutzen zu können. selkomponenten im Maschinen- und Anlagenbau sowie der Fahrzeug- Darüber hinaus bieten Keramiken Innovationen entstehen dabei ins- technik und kommen durch ihre unikale Lösungen im Fahrzeugbau besondere an den Schnittstellen der überragenden Eigenschaften oft als beispielsweise für die Abgasnachbe- vielfältigen Kompetenzen. Durch die einzige technische Lösung in Frage. handlung oder mikroelektronische gezielte Verbindung von strukturellen Die Verbesserung von Verschleiß- und Komponenten in harschen Einsatz- und funktionellen Eigenschaften in Korrosionsbauteilen sowie Werkzeu- bedingungen.

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016 © Fraunhofer IWS 34 Abb. 4: Keramischer Schaum für die photokatalytische Abwasseraufbereitung.Energie System, um spezifische Eigenschaften Filter, Adsorbenzien und Katalysa-Der Übergang zu einer nachhalti- optimal nutzen zu können sowie toren spielen dabei eine zentralegen Energieversorgung ist eine der deren Integration in Energiewand- Rolle. Das Fraunhofer IKTS optimiertzentralen Aufgaben im 21. Jahrhun- ler und -systeme zu optimieren. In bestehende Ansätze hinsichtlichdert. Dazu müssen erneuerbare und Kooperation mit Industriepartnern Energie- und Kosteneffizienz undkonventionelle Energien wirtschaft- betreibt das Fraunhofer IKTS mehrere erschließt neue Potenziale durch dielich konkurrenzfähig mit einer Technika, in denen die vollständige Kombination verschiedener Verfah-hohen Effizienz und minimierten Prozesskette für eine moderne Ferti- renswege. So werden beispielsweiseSchadwirkungen genutzt werden. gung von Energiesystemkomponen- keramische Membranverfahren mitDas Fraunhofer IKTS bietet inno- ten abgebildet wird. Auf einzigartige innovativen Werkstoffen zu neuenvative Komponenten, Module und Weise können so die am Institut kon- Reaktorkonzepten zusammenge-komplette Systeme der Energietech- zipierten Werkstoffe und Prozesse im führt. Werkstoff-, Technologie- undnik, die auf Basis von keramischen semiindustriellen Umfeld mit Kunden Verfahrensexpertise greifen hierbeiWerkstoffen und Technologien getestet und verbessert werden. ineinander und ermöglichen so kom-entwickelt, gebaut und getestet plexe verfahrenstechnische Systeme.werden. Die Anwendungen reichen Umwelt- und Verfahrenstechnikvon Energiespeicher- und Brenn- Das Fraunhofer IKTS gehört zu den Elektronik und Mikrosystemestoffzellensystemen über Solarzellen, weltweit führenden Forschungs- Mikrosysteme werden zukünftigEnergy-Harvesting-Module und einrichtungen auf dem Gebiet der nicht nur deutlich komplexer, robus-thermische Energiesysteme bis hin Stofftrenntechnik unter Verwendung ter und kleiner, sondern durch erwei-zu Lösungen für bioenergetische keramischer Materialien. Um die Um- terte Funktionalitäten zunehmendund chemische Energieträger. wandlung von Stoffen und Energie direkt mit ihrer Umwelt interagieren. sicher, effizient, umwelt- und klima- Daraus ergeben sich steigendeAls Komplett-Dienstleister bearbeitet schonend zu gestalten, entwickelt und Anforderungen an die Entwicklungdas Fraunhofer IKTS diese Problem- optimiert das Fraunhofer IKTS Werk- kostengünstiger sowie zuverlässigerstellungen umfassend, um wirklich stoffe, Technologien und Systeme. Werkstoff-, Fertigungs- und Sys-innovative Lösungsansätze anbieten temlösungen, die nur durch einezu können. Gerade im dynamischen Im Mittelpunkt stehen dabei Strate- integrierte Betrachtung angebotenMarktsegment der Energieerzeu- gien und Verfahren zur Wasser- und werden können.gung und -speicherung führt dies zu Luftreinhaltung sowie Prozesse imdeutlichen Wettbewerbsvorteilen. Bereich konventioneller und Bioener- Im Mittelpunkt stehen dabei funkti-An erster Stelle steht dabei stets eine gien. Zunehmende Beachtung finden onskeramische Werkstoffe, die durchsorgfältige Analyse und gegebenen- zudem Prozesse zur Rückgewinnung ihre außergewöhnlichen Eigenschaf-falls Modellierung und Simulation von werthaltigen Rohstoffen aus ten für einen Einsatz in harschenvon keramischer Komponente und Reststoffen. Keramische Membranen, Umgebungen geeignet sind. Diese

24 – 25 IM BLICKPUNKTAbb. 5: MEMS-Drucksensor in Multilayertechnologie. Abb. 6: Keramische Leuchtstoffe für die Produktmarkierung. können mit Hilfe verschiedenster Am Fraunhofer IKTS steht hierfür scher Leuchtstoffe zu vereinen, um Synthese-, Aufbau-, Füge-, Schicht- eine umfassende Bandbreite an maß- einzigartige aktive Optokeramiken abscheidungs- und Strukturierungs- geschneiderten Materialien, Techno- zu entwickeln. Von Bedeutung sind technologien verarbeitet und in logien, Designregeln und Prüftech- darüber hinaus reflexive optische komplexen Mikrosystemen appliziert nologien zur Verfügung, um die Systeme, die als Hochleistungskom- werden. Zusätzliche fluidische, ther- Einsatzgebiete miniaturisierter Syste- ponenten in der Laser- und Welt- mische, Sensor- oder Aktorfunktio- me kontinuierlich zu erweitern, Ent- raumtechnik eingesetzt werden. nen können durch das langjährige wicklungszyklen zu verkürzen und Know-how am Fraunhofer IKTS neue Systemzuverlässigkeit sicherzustellen. Licht misst schnell, hoch sensitiv und Einsatzgebiete eröffnen. berührungslos – und eignet sich Optik damit auch ideal für die Zustands- Eine besondere Kompetenz besitzt Optische Verfahren sind Innovations- diagnose von Materialien, Baugrup- das Fraunhofer IKTS hinsichtlich und Wachstumstreiber für energie- pen sowie industriellen und bio- multifunktionaler Werkstoffe wie effiziente Beleuchtungstechnik, medizinischen Prozessen. Neben Ver- etwa Piezokeramiken, elektrokalo- minimalinvasive Diagnostik oder fahren auf Basis der Licht-Materie- rischer Materialien und Formge- innovative Messsysteme. Keramische Wechselwirkung stellen optisch dächtnislegierungen. Hiermit lassen Werkstoffe und Technologien aktive Nanosensoren einen Schwer- sich sogenannte „smarte“ Systeme ermöglichen hier entscheidende punkt in der Entwicklung optischer entwickeln, bei denen der Werkstoff Sprünge hinsichtlich Leistungsfähig- Mess- und Diagnosesysteme am selbst mehrere Funktionen miteinan- keit, Miniaturisierung oder auch Fraunhofer IKTS dar. der verknüpft. Biokompatibilität. Bio- und Medizintechnik Einen Schwerpunkt im Portfolio Das Fraunhofer IKTS ist weltweit Keramiken sind durch ihre mecha- des Geschäftsfelds stellen Sensoren führend in der Herstellung von nische Festigkeit sowie ihre hervor- und komplexe Sensorsysteme dar, transparenten Schutzkeramiken mit ragende Biokompatibilität ein ide- mit denen verschiedenste (elektro) besonders feinkristallinem Gefüge aler Werkstoff für biomedizinische chemische, elektrische, thermische, und äußerst guten mechanischen Ei- Anwendungen. Das Fraunhofer IKTS akustische, elektromagnetische, genschaften. Diese haben eine derart ist zertifiziert nach dem Medizinpro- mechanische sowie optische Para- hohe Qualität, dass sie zunehmend duktegesetz für die Forschung und meter erfasst werden können. Die auch für optische oder photonische Entwicklung auf dem Gebiet der bio- Systeme finden in der Automobil- Anwendungen eingesetzt werden. keramischen Werkstoffe und Kom- und Energietechnik, der zerstörungs- Die Forschung am Fraunhofer IKTS ponenten sowie der Herstellung von freien Prüfung sowie der Zustands- konzentriert sich darauf, dieses Halbfabrikaten für die Anwendung und Prozessüberwachung Anwen- Know-how mit der Kompetenz in der Medizintechnik. Diese werden dung. in der gezielten Synthese kerami- vorwiegend in der Dentaltechnik und

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Abb. 7: Gefriergeschäumte Daumenknochenreplikate. Abb. 8: Rasterelektronenstrahlmikroskopie mit Zweistrahlgerät Zeiss NVision 40 mit EDX- und EBSD-System.Endoprothetik eingesetzt, insbe- Material- und Prozessanalyse Untersuchungsmöglichkeiten zursondere als Knochenersatzmaterial Wie beeinflussen Gefüge und Verfügung. Auf Grundlage einer um-und in biokeramischen Oberflächen- Zusammensetzung die makroskopi- fangreichen Prozess-, Werkstoff- undund Formkörperdesigns. Auf Basis schen Eigenschaften eines Werkstoffs Analysekompetenz unterstützt undkommerziell verfügbarer Materialien und damit des Produkts? Kann ein berät das Fraunhofer IKTS bei derwerden neue keramische Werkstoffe bestehender Werkstoff durch einen Entwicklung neuer Werkstoffe undund Komponenten mit verbesserten kostengünstigeren ersetzt werden, Produkte, bei der Klärung komplexerund modifizierten Eigenschaften ohne dass ein Produkt an Qualität Versagensmechanismen und beimentwickelt, die den Anforderungen verliert? Wie können Herstellungs- Erreichen gesetzlicher und qualitati-einer stetig alternden Gesellschaft prozesse stabil, kosteneffektiv und ver Standards.gerecht werden. nachhaltig eingerichtet werden? Welche Qualitätsstandards müssen Das Fraunhofer IKTS ist ein zuver-Neben hervorragend ausgestatteten eingehalten werden? Um diese und lässiger, mehrfach akkreditierterbiophysikalischen, biochemischen andere Fragen zu beantworten, die und auditierter Dienstleister für dieund biomechanischen Laboren mit der Anwendung und Herstellung Untersuchung und Bewertung werk-verfügt das Fraunhofer IKTS über ein von Werkstoffen verbunden sind, stoffwissenschaftlicher Grundlagen,umfangreiches Wissen im Bereich der müssen komplexe Zusammenhänge anwendungsspezifischer Frage-Zell- und Gewebediagnostik. Damit zwischen Rohstoff, Herstellungstech- stellungen sowie messtechnischerkönnen gezielte Aussagen über das nologie, Werkstoffgefüge und Eigen- Entwicklungen.Verhalten von Zellen im Körper und schaften sowie Einsatzbedingungengegenüber Fremdmaterialien ge- als Gesamtheit betrachtet werden.troffen werden, die so zur Diagnosesowie Behandlung schwerwiegender Das Fraunhofer IKTS versteht sichKrankheiten beitragen. Grundlage als zentraler Anlaufpunkt für alledafür ist ein breites Portfolio physika- Fragen der chemischen, thermischen,lischer Charakterisierungsverfahren, mikrostrukturellen, mechanischen,ergänzt um eine umfassende Kompe- tribologischen, elektrischen undtenz im Bereich bildgebender Metho- elektrochemischen Analyse, Bewer-den sowie der Verarbeitung großer tung und Optimierung von Werkstof-Datenmengen. Auf dieser Grundlage fen und Bauteilen sowie den damitwerden optische, akustische und bio- verbundenen Fertigungsverfahren.elektrische Verfahren für die klinische Neben allen notwendigen Standard-Labordiagnostik und Point-of-Care- analysemethoden stehen speziell fürDiagnostik sowie für Home-Care- die Ermittlung des Hochtempera-Applikationen qualifiziert. turverhaltens weltweit einzigartige

26 – A IM BLICKPUNKT Titelseite der letzten Ausgabe Werkstofftechnologien Jahresmagazin Werkstofftechnik 2015 ISSN 1618-8357 26.05.15 09:54 EUR 9,80 390_ingwiss_werkstoff_NEU.indd 1 Im Frühjahr erscheint die neue Ausgabe! Anfragen zur kostenfreien Übersendung Institut für Wissenschaftliche von Belegexemplaren oder zwecks Veröffentlichungen (IWV) redaktioneller Mitarbeit richten Sie bitte an: Finkenstraße 10 68623 Lampertheim www.institut-wv.de Ansprechpartnerin: Miriam Knab Tel.: 06206 939-352 [email protected]

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016 Zum Bildhintergrund: Quarzglas-Stäbe von Heraeus sind wichtige Bauteile für die Halbleiterindustrie. ICH GESTALTE ZUKUNFT. DURCH INTENSIVE FORSCHUNG. TIM PROTZMANN ist Entwicklungsingenieur bei Heraeus. Schon während seines Maschinenbaustudiums hat er sich intensiv mit dem Thema Additive Fertigung beschäftigt. Bei Heraeus kann er noch tiefer in die Materie eintauchen. Denn hier sind seine Kollegen und er das entscheidende Bindeglied zwischen Idee und Umsetzung. Die Möglichkeit, an Zukunftsthemen zu forschen, versetzt dem Berufseinsteiger einen großen Motivationsschub. Tim Protzmann ist nicht die Ausnahme der Regel: Heraeus fordert und fördert Berufseinsteiger gleichermaßen. Heraeus zählt in Deutschland zu den Top 100 Arbeitgebern des Universum Student Survey und Professional Survey. www.heraeus.de/karriere OPEN SPACE. FOR OPEN MINDS.®

28 – 29 HERAEUS HOLDING GMBH Heraeus: 3D-Druck wird die „metallische Welt“ verändern 3D-Druck ist überall: In der Mode, Mit eigenen Aktivitäten im Bereich Druckprozess müssen individuell auf in der Medizin, in der Luft- und des „3D Printing“ gestaltet Heraeus das gewünschte Bauteil abgestimmt Raumfahrt oder in der Nahrungs- diesen Wandel mit – durch UV-Licht- sein. mittelindustrie. Während heute quellen oder Quarzglaskomponenten noch die Herstellung von Pro- für 3D-Drucker und die gezielte Basierend auf seiner über 165-jährigen totypen den Markt für additive Erforschung neuer Materialien und Erfahrung mit Metallen und deren Fertigungsverfahren dominiert, Materialkombinationen als auch die Verarbeitung legt der Hanauer Tech- werden im Jahr 2020 passgenau Entwicklung von passenden Verarbei- nologiekonzern dabei den Fokus zugeschnittene Anwendungen tungsparametern. Für Heraeus ist ein auf die Entwicklung von qualitativ die Verbreitung der Technologie Schwerpunkt die additive Fertigung hochwertigen, für den 3D-Druck an- bestimmen. mit hochschmelzenden Pulvern. Ein gepassten Metallpulvern, die Erfor- Markt mit großem Potenzial, aber bei schung neuer Sonderlegierungen, Weitem kein „Plug & Play“. Material- die nur additiv verarbeitet werden und Prozess-Know-how sind ent- können, sowie auf die Entwicklung scheidend, denn Metallpulver und der Parameter zum Verarbeiten der Kontakt Heraeus Holding GmbH Heraeusstraße 12-14 D-63450 Hanau Tel.: +49 (0)6181 35-0 Fax: +49 (0)6181 35-4242 [email protected] [email protected] www.heraeus.com

HERAEUS HOLDING GMBH 3Materialien. Dazu stehen dem Team Nach mehrjähriger Beschäftigung mit Möglichkeiten des 3D-Drucksmehrere Fertigungsanlagen zur Ver- diesen Herausforderungen gründete ■ Kundenspezifische Bauteilefügung, die auch zur Herstellung von Heraeus Anfang 2015 das Start-upBauteilen im Kundenauftrag genutzt 3D-Printing innerhalb der Heraeus ohne Zusatzkostenwerden können. New Businesses. Den kompletten ■ Verbesserte Konstruktion oder Prozess der additiven Fertigung ab-Viele Vorteile, viele Heraus- zudecken, ist dabei oberste Prämisse völlig neue Bauteilkonstruktionenforderungen für Heraeus. Denn zu verstehen, wie ■ Optimale Materialausnutzung,Additive Fertigung bietet viele Vor- Material, Prozess und Anlage zusam-teile, ist aber speziell bei der Verar- menhängen, um die gewünschten keine Span- oder Bohrabfällebeitung von metallischen Pulvern Materialeigenschaften im schichtwei- ■ Neue Geschäftsmodelle, z.B.nicht trivial. Die Herausforderungen se erzeugten Bauteil zu erzielen, istfangen schon bei der Pulverherstel- entscheidend, um funktionale Bau- Druck von Ersatzteilen nach Bedarflung an. So müssen Materialien mit teile in gleichbleibend hoher Quali- ■ Schnelle Erstellung von Modelleneinem Schmelzpunkt von bis über tät herstellen zu können.2.000 Grad Celsius in der Regel tie- und Prototypengelfrei zu geeigneten Pulvern mitder geforderten Reinheit verarbeitet Abb.: 3D-Druck ist kein Plug & Play –werden. Die Qualität der Pulver, das Material Know-how entscheidet; Metallpul-heißt Vermeidung von Gaseinschlüs- ver und Druckprozess müssen individuellsen und Satelliten, eine scharf be- aufeinander abgestimmt sein.grenzte Partikelgrößenverteilungund hohe Sphärizität beeinflussen BAUTEILwesentliche Parameter wie Fließfä-higkeit und Schüttdichte und somitdie Qualität der laser- oder elektro-nenstrahlgeschmolzenen Bauteile.Nur Pulver mit genau definierterPartikelgrößenverteilung, die nochdazu absolut rund sind, ermöglichenmit den entsprechenden Prozessendie additive Fertigung komplexer Bau-teile, die keine störende Porositätoder andere Baufehler enthalten.

30 – 31 IM BLICKPUNKT Werkstoff- und Strahltechnik © Frank Höhler © Jürgen Jeibmann – bearbeitet von Fa. Breitband

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Institutsleitung: Geschäftsfelder:Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. ■ PVD- und NanotechnikRalf Eckhard Beyer ■ Chemische Oberflächen- und Reaktionstechnik ■ Thermische Oberflächentechnik ■ Generieren und Drucken ■ Fügen ■ Laserabtragen und -trennen ■ Mikrotechnik Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS ▲Das Fraunhofer IWS ist durch zwei fahren, unter Einsatz von Laser- In den letzten Jahren hat das Fraun-sich überlappende Arbeitsbereiche sowie 3D-Drucktechniken, zur Her- hofer IWS seine FuE-Aktivitäten vorgekennzeichnet, die Lasertechnik und stellung komplizierter Bauteile. allem im Bereich Energieeffizienzdie Oberflächentechnik. Umfang- und Energietechnik stark ausgewei-reiches werkstoff- und nanotech- In direktem Kontakt mit dem Auf- tet. Zahlreiche Projekte zum Themanisches Know-how verbunden mit traggeber entwickeln die Forscher Energie wurden angegangen undder Möglichkeit einer umfassenden des Fraunhofer IWS Produkte, konnten erfolgreich abgeschlossenWerkstoffcharakterisierung bilden Verfahren und individuelle Lösun- werden, beispielsweise im Bereichdie Grundlage zahlreicher Forschungs- gen bis zur Anwendungsreife. Ziel der Batterieforschung, der Reibungs-und Entwicklungsarbeiten. ist es dabei, Problemstellungen minderung und der Elektroblechop- kundengerecht zu lösen. Das bedeu- timierung.Im Bereich der Lasertechnik konzen- tet, dass der Kunde mit der Lösungtriert sich das Fraunhofer IWS auf Geld verdienen kann. Durch die Forschungsschwerpunktedie werkstofforientierte Lasermate- enge Zusammenarbeit mit Anlagen- ■ Energieeffizienz (z. B. reibungs-rialbearbeitung und die Entwicklung und Systemherstellern bietet daslaserspezifischer Systemlösungen Fraunhofer IWS Problemlösungen mindernde Schichten)zum Fügen, Trennen, Auftragen, aus einer Hand. Diese beruhen in ■ EnergiespeicherAbtragen, Randschichtbehandeln der Regel auf neuartigen Konzepten,und Beschichten mit Laser. Ziel ist es, welche auf der Gesamtbetrach- (Supercaps, Batterien)innovative Technologien für Indus- tung des Bearbeitungssystems, des ■ Technologien für regenerativetrieunternehmen zu entwickeln und Verfahrens sowie des Werkstoff-deren Einführung zu unterstützen. In und Bauteilverhaltens basieren. Der Energiender Oberflächen- und Schichttechnik Werkstoff ist ein zentrales Element ■ Mobilität und Leichtbaustehen Verschleißschutz, Oxidations- der Fertigungstechnik. Und die Na-schutz und Funktionsschichten notechnik gewinnt in der Werkstoff- Kontaktsowie das Abtragen, Strukturieren und Fertigungstechnik der Zukunftund Reparieren von Oberflächen im zunehmend an Bedeutung. Auf bei- Fraunhofer-Institut für Werkstoff-Mittelpunkt der Entwicklung. Dabei den Gebieten hat das Fraunhofer IWS und Strahltechnik IWSkommen plasmabasierte Fertigungs- Dresden Kernkompetenzen auf- und Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c.verfahren, chemische Oberflächen- ausgebaut. Die ständige Erweiterung Ralf Eckhard Beyertechnologien und thermische Be- der Ausstattung des IWS garan- Winterbergstr. 28 I D-01277 Dresdenschichtungs- und Randschichtver- tiert die effektive Bearbeitung von Tel.: +49 (0)351 83391-0fahren zum Einsatz. Ein weiterer Aufgaben auf hohem Niveau und Fax: +49 (0)351 83391-3300Schwerpunkt ist die Entwicklung entsprechend dem neuesten Stand [email protected] Fertigungsver- der Technik. www.iws.fraunhofer.de

32 – 33 IM BLICKPUNKT © Jürgen Jeibmann – bearbeitet von Fa. Breitband Geschäftsfelder PVD- und Nanotechnik stützte Prozesse und Verfahren der schmelzmetallurgischen Verbund Verfahren der physikalischen Dampf- chemischen Gasphasenabscheidung zum Substratwerkstoff) und Thermi- phasenabscheidung (PVD) erlauben (CVD) bei Atmosphärendruck zum schen Spritzen (ohne schmelzmetal- die Abscheidung hochwertiger tribo- Einsatz. Das IWS entwickelt Gaspha- lurgischen Verbund) zur Verfügung. logischer und funktioneller Schichten senreaktoren, die z.B. für die Her- Beim Laser-Auftragschweißen steht im Dickenbereich von wenigen Nano- stellung von oxidischen und nicht- die ganzheitliche Anwendung der metern bis zu einigen hundert Mikro- oxidischen Schichten sowie bei der Technologie mit Draht und Pulver metern. Dafür stehen im IWS Verfah- Herstellung von Nanopartikeln und für die additiv-generative Fertigung, ren von der Hochrate-Bedampfung Nanoröhren zum Einsatz kommen. Großflächenbeschichtungen sowie bis hin zu hochaktivierten Plasmaver- Ein weiteres Arbeitsgebiet sind funk- die Mikrobearbeitung und Oberflä- fahren sowie deren Kombinationen tionale Dünnschichten, um Oberflä- chenfunktionalisierung im Fokus. Für zur Verfügung. Die am IWS entwi- chen beispielsweise mit leitfähigen, das thermische Beschichten von Bau- ckelten superharten ta-C-Kohlen- kratzfesten oder selbstreinigenden teilen aus Stahl, Leichtmetallen oder stoffschichten (Diamor®) eignen sich Eigenschaften auszustatten. Schwer- anderen Werkstoffen mit Metallen, hervorragend als reibungsmindernde punkte sind elektrische Energiespei- Hartmetallen und Keramik kommen Schutzschichten für geschmierte und cher und Superkondensatoren der verschiedene Spritzverfahren mit Pul- ungeschmierte Anwendungsbedin- nächsten Generation, für die das vern und Suspensionen zum Einsatz. gungen. Die Entwicklung der dazu- IWS nanostrukturierte Materialien gehörigen Anlagentechnik sichert die mit definierter Oberflächenchemie Im Arbeitsgebiet Wärmebehandeln industrielle Einsatzfähigkeit. Ein wei- entwickelt. wird an neuen preisgünstigen Verfah- teres Arbeitsfeld ist die Abscheidung ren zum Verschleiß- und Ermüdungs- von Nanometer-Einzel- und Multi- Um industrielle Produktionsprozesse schutz, insbesondere bei modernen schichten für EUV- und Röntgenop- sowie deren Produkte berührungslos Werkstoffsystemen, gearbeitet. Bei tiken. Die Schichtsysteme genügen zu charakterisieren, nutzt das IWS Bauteilgeometrien, Verschleißfällen höchsten Ansprüchen hinsichtlich optisch-spektroskopische Verfahren. und Werkstoffen, bei denen konven- Schichtdickengenauigkeit, Rauheit, Die Erkenntnisse bzgl. Gaszusam- tionelle Härtetechnologien versagen, chemischer Reinheit, lateraler Homo- mensetzung und Produkteigenschaf- bietet das Laserstrahlhärten vielfach genität und Reproduzierbarkeit. ten können zur automatisierten Über- neue Lösungsansätze zur Erzeugung wachung, Steuerung und Optimie- verschleißfester Oberflächen. Schwer- Chemische Oberflächen- und rung der Prozesse eingesetzt werden. punkt sind gezielte Werkstoff- und Reaktionstechnik Technologieentwicklungen für das Zur kostengünstigen großflächigen Thermische Oberflächentechnik beanspruchungsgerechte Härten von Aktivierung, Reinigung oder Abschei- Für das thermische Beschichten und Stählen mittels Laser und Induktion dung qualitativ hochwertiger Funk- Generieren stehen im IWS Verfahren sowie zur Randschichtaushärtung tionsschichten kommen plasmage- zum Laser-Auftragschweißen (mit von Titan-, Kupfer-, Aluminium-,

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016 © Frank Höhler © Fraunhofer IWSNickellegierungen und Sonderstählen. Fügen der Schneidqualität beim TrennenDie im IWS entwickelte prozessan- Das Laserstrahlschweißen hat einen mit Festkörperlasern sowie der Opti-gepasste Systemtechnik zur Prozess- breitgefächerten industriellen Einsatz mierung des Laserschneidens vonüberwachung und -regelung rundet insbesondere in der Massenfertigung Elektroblechen unter Beibehaltungdas Angebot ab. gefunden. Die im IWS entwickelten der magnetischen Eigenschaften. Ein Laserschweißverfahren mit integrier- weiterer Schwerpunkt ist die Qualifi-Generieren und Drucken ter Kurzzeitwärmebehandlung, werk- zierung neuartiger SchneidverfahrenFür die flexible und effiziente Ferti- stoffangepassten Zusatzwerkstoffen wie das Remote-Laserschneiden fürgung individualisierter Produkte sowie hochfrequenter Strahlmani- die Fertigungsintegration. Zudem ent-stehen generative Fertigungstechno- pulation ermöglichen einen neuen wickelt das Fraunhofer IWS Verfah-logien zur Verfügung, mit denen Zugang zur Herstellung rissfreier ren und Systeme für Hochgeschwin-moderne metallische und nichtme- Schweißverbindungen aus härtbaren digkeitsanwendungen. Im Mittelpunkttallische Konstruktionswerkstoffe zu und hochfesten Stählen, Gusseisen, steht die Technologieentwicklung vonfunktionalen Bauteilen und Struktu- Al- und Sonderlegierungen, heißriss- Remote-Prozessen zum Schneiden,ren verarbeitet werden. Das beson- anfälligen Legierungen sowie Bau- Oberflächenbehandeln und Schwei-dere Alleinstellungsmerkmal besteht teilen mit hoher Steifigkeit. Für das ßen von Metallen und Nichtmetallenim skalen- und werkstoffübergrei- Fügen von Mischverbindungen sowie unter Einsatz hochdynamischer Bear-fenden fertigungstechnischen Ansatz, modernen Funktionsstoffen, wie z.B. beitungssysteme und kundenspezifi-so dass die Anwender aus den unter- hochfesten Aluminiumlegierungen, scher Scannersystemtechnik.schiedlichsten Branchen von maßge- entwickelt das Fraunhofer IWS Son-schneiderten Lösungen profitieren derfügeverfahren wie das Rührreib- Mikrotechnikkönnen. schweißen, Laserstrahllöten, Laserin- Bei der Mikro- und Feinbearbeitung duktionswalzfügen sowie das elektro- mit Laserstrahlen steht die Miniatu-Ein neues Arbeitsgebiet des IWS sind magnetische Pulsfügen. Ein weiteres risierung von Funktionselementeninnovative Drucktechologien zur Er- Arbeitsgebiet ist die Vorbehandlung im Maschinen-, Anlagen-, Fahrzeug-zeugung von 2D- und 3D-Strukturen von Fügeteiloberflächen mittels Plas- und Gerätebau sowie in der Bio- undauf Oberflächen. Das präzise und ma- und Lasertechniken. Durch die Medizintechnik im Vordergrund. Mitflexible Aufbringen von Multimateri- Integration von Carbon-Nanotubes in neuen Methoden zur großflächigenalsystemen und das additiv-genera- Klebstoffe können die Klebfestigkei- Herstellung von 2D- und 3D-Mikro-tive Erzeugen von Mikrokomponen- ten erhöht oder/und elektrisch leitfä- und Nanostrukturen auf Polymeren,ten ermöglichen Produkte mit radikal hige Verbunde hergestellt werden. Metallen, Keramiken und Beschich-neuen Funktionalitäten und Eigen- tungen lassen sich funktionale Ober-schaftsprofilen, die z.B. die Integra- Laserabtragen und -trennen flächen für den Einsatz in der Bio-tion von gedruckter Elektronik in die Im Bereich Laserschneiden arbeitet technologie, Photonik und TribologieKomponenten erlauben. das IWS u. a. an der Verbesserung erzeugen.

34 – 35 IM BLICKPUNKT © Jürgen Jeibmann © Fraunhofer IWS © Fraunhofer IWS IWS-Highlight: Batterieforschung – Technologien für neue Energiespeicher Forschung für die Elektromobilität ■ Aufbau einer durchgängigen Schwefel. Die neuen Anodenmate- aber auch für stationäre Energiespei- Demonstratoranlage – von der rialien auf Silizium-Kohlenstoff-Basis cher ist ein zentrales Thema für das Abwicklung der Elektrodenfo- stellen eine sicherere und stabilere IWS Dresden. Mit seinem Know-how lien über die Konfektionierung Alternative zum herkömmlichen und der Vielzahl der beforschten Fer- der Elektroden und Separatoren Lithium-Metall dar. Aktuell arbeiten tigungstechnologien kann das IWS bis hin zum Aufbau, Fügen und die IWS-Wissenschaftler daran, das an vielen Stellen der Prozesskette zur Einschweißen eines Zellstapels in Material weiter zu optimieren und es Batteriefertigung essenzielle Beiträge Pouchfolie. an größeren Batteriemodellen einzu- leisten und Innovationen tätigen. Als setzen. Die aktuellen Forschungser- öffentlich gefördertes Batteriezen- Neue Werkstoffkonzepte für gebnisse und Entwicklungstrends bei trum bietet es beste Voraussetzun- mobile Energiespeicher Lithium-Schwefel-Batterien werden gen für die Bearbeitung zahlreicher Mit einer 2-4fach höheren spezifi- im Rahmen eines jährlich vom IWS öffentlicher und Industrieprojekte. schen Energie als herkömmliche organisierten Workshops präsentiert. Lithium-Ionen-Batterien stellen Großserientaugliche Herstellung Lithium-Schwefel-Batterien eine Technologien für von Lithium-Ionen-Batterien erfolgsversprechende Alternative für stationäre Speicher Am Fraunhofer IWS werden im Ver- die zukünftige Energiespeicherung Als Koordinator des Verbundprojek- bund mit weiteren Partnern gezielt dar. Die große Herausforderung liegt tes Batterie Stationär in Sachsen Technologien für eine kostengünstige in der Verbesserung der Lebensdauer (BaSta) arbeitet das Fraunhofer IWS Großserienfertigung von Lithium-Ionen- der Lithium-Schwefel-Batterien durch an Lösungen für stationären Energie- Batterien erforscht. Dabei werden im den Einsatz neuer Materialien. speicher. Forschungsschwerpunkte IWS folgende Lösungsansätze verfolgt: Forscher des IWS haben ein neues sind Materialien für die Niedrigtem- ■ energieeffiziente Elektrodenbe- Batteriedesign entwickeln, das die peratur-Natrium-Schwefelbatterie Aufladezyklen von Lithium-Schwefel- und die dazu gehörigen Fertigungs- schichtung im Rolle-zu-Rolle- Akkus um das Siebenfache erhöht. technologien sowie der Entwurf, Verfahren, Durch die Kombination von porösen der prototypische Aufbau und ■ trockene Elektrodenprozessierung, Kohlenstoff-Schwefel-Kathoden mit die experimentelle Erprobung von die auf organische Lösungsmittel Anoden aus Kohlenstoff-Silizium- Natrium-Schwefel-Speichermodulen und technisch aufwändige Trock- Verbindungen konnte die Lebens- für hochkapazitive Batterie-Spei- nerstrecken verzichtet, dauer von Lithium-Schwefel-Knopf- cherwerke. Projektziel ist ein neuer ■ Konfektionierung der Elektroden zellen auf 1400 Zyklen ausgedehnt stationärer Batterietyp zur Speiche- aus dem Bahnmaterial „on-the-fly“ werden. Kohlenstoffnanomaterialien rung elektrischer Energie mit großem durch rotatives Stanzen oder in der Kathode sorgen für eine op- spezifischem Speichervermögen, remote-Laserstrahlschneiden timale Stabilisierung und elektrische hoher Sicherheit und Lebensdauer (Schneidgeschwindigkeiten von Kontaktierung des Aktivmaterials sowie vertretbaren Kosten. 130 Metern pro Minute),

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016 Kontakt: Dr. rer. nat. Ralf Jäckel Presse und Öffentlichkeitsarbeit Tel.: +49 (0)351 83391-3444 [email protected] © Frank HöhlerIWS-Highlight:Mit Magnetfeldern schweißenSchweißen mit Magnetfeldern – Solche Prozessentwicklungen in die verfahren und das traditionell sehrwie geht das? Bei dem noch recht Industrie zu überführen ist Ziel der umfangreiche Werkstoff-Know-how.unbekannten Verfahren Magnet- Forschungsarbeiten am Fraunhofer Das IWS ist ein national wie inter-pulsschweißen werden zwei Me- IWS. Durch die Anschaffung einer national anerkannter Partner fürtallteile verschweißt, ohne aufzu- auf die Anforderungen des Institutes Füge-Technologieentwicklung. Laser-schmelzen. Der besondere Trick ist optimierten Anlage vom französi- schweißen, Rührreibschweißen,die hohe Geschwindigkeit, mit der schen Hersteller BMAX aus Toulouse Löten und Kleben sind nur einigedie beiden Teile im Fügeprozess sind die Forscher am IWS Dresden der Technologien, an denen dieaufeinander prallen. Die Teile verlie- nunmehr noch besser dazu in der Experten arbeiten.ren ihre passiven Oberflächenschich- Lage. BMAX ist weltweit führend inten und verschweißen miteinander. der Herstellung kompakter Anlagen Diese Vielfalt auch in die Industrie zuDie notwendigen Kräfte werden für die Erzeugung der für das Ver- bringen hat dabei Fraunhofer-typischmittels eines Magnetfeld-Blitzes fahren nötigen hohen Ströme. oberste Priorität: „Mit unserer Initia-eingebracht, also berührungslos. „Die enge Kooperation mit den Ex- tive „Tailored Joining“ also „Ange-Das Magnetfeld wird durch eine perten aus Toulouse und die neue passtes Fügen“ konnten wir einenSpule erzeugt, über die ein Konden- Anlage ergänzen unsere bisherige Großteil der Dresdner Fügeexpertensator schnell entladen wird. Diese, Arbeit ideal“, sagt Sebastian Schulze, vereinen“, sagt Prof. Eckhard Beyer,auf den ersten Blick verblüffend Gruppenleiter für Sonderfügever- Institutsleiter am Fraunhofer IWS.einfache Technologie in die indus- fahren am IWS. „Jetzt haben wirtrielle Fertigung zu bringen, ist direkten Zugriff auf Hardware, Ziel der Initiative ist es unter ande-Gegenstand aktueller Forschungen die wir auch beim Kunden in die rem, die inzwischen für den Einzel-am Fraunhofer IWS in Dresden. Serienfertigung bringen können.“ nen recht unübersichtlich gewordene Die Dresdner Forschungseinrichtun- Entwicklung der Fügetechnik auf-Der Clou des Verfahrens ist, dass es gen sind keine Unbekannten in der zubereiten und Trends aufzuzeigen.auch mit völlig unterschiedlichen Magnetpulsszene: Gemeinsam mit Gemeinsam mit Wissenschaftlern derMetallen funktioniert. Kombinatio- dem Helmholtz-Zentrum Dresden- TU Dresden hat das Fraunhofer IWSnen, die mit herkömmlichen Verfah- Rossendorf konnten bereits eigene daher bereits zum dritten Mal einren nicht oder nur extrem schwierig Magnetpuls-Prototypsysteme reali- internationales Symposium zu Füge-schweißbar sind, wie etwa Alumini- siert werden. So konnte das not- themen für die Industrie ausgerichtet.um mit Kupfer oder Stahl, sind für wendige Spezialwissen ausgebaut Das Magnetpulsfügen ist dabei stetsdas Magnetpulsfügen prädestiniert. werden, um Industriekunden und ein prominentes Thema.Besonders gut geht dies bei Bauteil- andere Forscher für die Technologieformen wie etwa Rohrverbindungen. zu begeistern. Dabei helfen denGeschweißt wird ohne Wärme und Fraunhofer Forschern ihre langjäh-Zusatzwerkstoffe. rige Erfahrung mit anderen Füge-

36 – 37 InfraTec GmbH © Nataliya Hora/Fotolia.com Zerstörungsfreies Prüfen mit Thermografie für mehr Qualität beim Laserschweißen Wenn die Rede von innova- Besonders die aktive Thermografie ist Controller direkt aus der Software tivem Leichtbau ist, kommt in den Fokus von Industrie und Wis- gesteuert. So gelingt das präzise De- das Wort schnell auf das Laser- senschaft gerückt. Bei dieser Form tektieren von Lunkern, fehlerhaften schweißen. Es gilt als technolo- der Wärmeflussthermografie entsteht Fügestellen, Delaminationen oder an- gisch anspruchsvoll, da bereits durch die energetische Anregung deren Fehlern an den Prüfobjekten. das geringfügige Abweichen eines Prüfobjektes ein Wärmestrom. von den Herstellungsparametern Geometrie, thermische Eigenschaf- Diese Flexibilität gilt als einer der das Material schädigen oder ten, Schichten oder Fehlstellen im größten Vorteile der Aktiv-Thermo- vorzeitigen Verschleiß nach sich Inneren der Materialien, z. B. Metalle grafie. Für die Prüfobjekte entsteht ziehen kann. Deshalb wünschen oder kohlenstofffaserverstärkte bei der Anregung lediglich eine ge- sich Anwender eine effiziente Kunststoffe (CFK), bestimmen den ringe thermische Belastung. Das und wirkungsvolle Überwachung daraus resultierenden zeitlichen und Verfahren vermeidet direkt die Ent- des Laserschweißens. Als bild- lokalen Verlauf des Wärmeflusses im stehung von Prüfschrott und liefert gebende Verfahren zur zerstö- Prüfobjekt. Dieser Verlauf bildet eine aussagekräftige Bilder der Defekte, rungsfreien Prüfung (ZfP) bzw. entsprechende Temperaturverteilung die sich einfach in verschiedene zur Temperaturmessung werden an der Oberfläche des Prüfobjektes Defekttypen einteilen lassen. Selbst die aktive und passive Thermo- aus, die mit einer Wärmebildkamera Tests mit Blick auf nur eine Seite des grafie diesem Anspruch gerecht. erfasst wird. Komplexe Auswerte- Prüfobjektes eignen sich für eine Algorithmen können daraus belast- umfassende Prüfung. Kontakt bare Ergebnisse zur qualitativen Ein- stufung der jeweiligen Prüfobjekte Wärmebilder mit spezieller Soft- InfraTec GmbH sowie zum Zustand der Fertigungs- ware für Analyse aufbereiten Infrarotsensorik und Messtechnik technologie ermitteln. Zentrales Element der zerstörungs- freien Prüfung ist eine auf die aktive Gostritzer Straße 61-63 Modularer Charakter macht Prüf- Thermografie ausgerichtete Auswer- D-01217 Dresden systeme extrem anpassungsfähig tesoftware. Anwender erhalten so Die jeweilige Prüf- und Messaufgabe Kontrolle über den gesamten Prozess Tel.: +49 (0)351 871-8620 bestimmt die Wahl der entsprechen- von der Auswahl und Einstellung Fax: +49 (0)351 871-8727 den Anregungsquelle. Die Bandbreite der Anregungsparameter bis hin zur reicht von Hochleistungsblitzen, Analyse der Daten. Abhängig vom [email protected] Induktionseinheiten, über Kalt- und Material des Prüfobjektes, dessen www.InfraTec.de Heißluftgeräte bis hin zu homoge- Geometrie und der Art der zu detek- nen Halogenstrahlern. Gemeinsam tierenden Defekte bietet die Aktiv- mit der Wärmebildkamera werden Thermografie-Software IRBIS® 3 active die Anregungsquellen über spezielle von InfraTec verschiedene Analyse-

InfraTec GmbH www.InfraTec.de 3verfahren an. Während bei der Quo- Herzstück des Systems sind zwei Wär- 25 Jahre angewandte Thermografietientenmethode der Wärmefluss im mebildkameras der High-End-SeriePrüfobjekt anhand der Steigung bzw. ImageIR®. Deren gekühlte Photonen- Thermografiebasierte Prüfungdes Abfallens der Oberflächentem- detektoren ermöglichen Wärmebilder von Laserschweißverbindungenperatur untersucht wird, stützt sich mit einer thermischen Auflösung vondie Puls-Phasen-Thermografie (PPT) 20 mK. Die Ausstattung umfasst Vielfältig einsetzenauf die Frequenzanalyse der Tempe- zudem zwei Blitzköpfe. Wärmebild- „ Prüfung von Laserschweißnähten bzw. Widerstands-raturentwicklung nach impulsartiger Sequenzen lassen sich so entwederAnregung. Bei der Untersuchung aufnehmen, wenn der Blitz auf der schweißpunkten mit Wärmeflussthermografiemithilfe der Lock-In-Thermografie gegenüberliegenden Seite der Kame-(LIT) werden die Sequenzen mit ra installiert ist (transmissive Anord- Effizienz steigernperiodischer Anregung des Prüfob- nung) oder sich auf der gleichen Seite „ Vollautomatische Prüfanlage mit Messzeiten vonjektes analysiert und es wird u. a. wie die Kamera befindet (reflexiveein Amplituden- und ein Phasenbild Anordnung). wenigen Sekunden pro Schweißstelleberechnet. Das Dokumentieren derErgebnisse erleichtert die spätere Nach dem Start der Bauteilprüfung Fehler erkennenAuswertung. und der Eingabe der Bauteilkennung „ Hohe Prüfsicherheit durch Auswertung mit umfang- beginnen die thermografischen Mes-Automatisierte Prüfung für sungen automatisch. Anhand der reich parametrierbarem Software-AlgorithmusLaserschweißnähte an Auto- berechneten Messdaten zeigt sichmobilkarossen ein Unterschied zwischen intakten Qualität dokumentierenSoftware, Controller, Anregungsquel- Laserschweißnähten und denen, die „ Einbindung in das örtliche Qualitätsmanagementlen, Wärmebildkameras, Optiken – über keine ausreichende stofflicheAnwender können jede Kompo- Verbindung der Bleche verfügen. durch direkte Erstellung von Messprotokollen undnente auf die Situation vor Ort hin Korrekte Nähte weisen einen anderen Anbindung an Datenbankenanpassen. Die modulare Architektur Wärmefluss auf als fehlerhaft verbun-der Prüfsysteme von InfraTec hat sich dene Nähte. Die Software wertet die Prozesse überwacheninzwischen bei unterschiedlichsten Wärmebilder der Schweißverbindun- „ Detektion und Klassifikation verschiedener Fehler-Anwendungen bewährt. Beispiels- gen parallel zur weiteren Aufnahmeweise arbeitet die Volkswagen AG automatisiert aus. Die visuelle Begut- typen für frühzeitiges Erkennen von Abweichungenmit einem System zur zerstörungs- achtung kann auch ein Prüfer über- im Fügeprozessund berührungsfreien Prüfung von nehmen – vom AufnahmeprozessLaserschweißnähten an Karosserietei- entkoppelt sofort oder auch später. 3,1 10 IP67 Trigger < 15len mittels Wärmeflussthermografie. GigEDazu wird die zu prüfende Stelle durch Durch das Verfahren erhöht sich die MegaPixel mKeinen optischen Hochleistungsblitz Prüfsicherheit, während parallel die 25.000 Hzangeregt. Eine Wärmebildkamera er- Prüfzeiten und Kosten gegenüberfasst den zeitlichen Verlauf der Wär- der zerstörenden Prüfung deutlichmeausbreitung an der Oberfläche sinken. Von dem Plus an Qualitätdes Bauteils mit der zu prüfenden und Quantität profitiert die gesamteSchweißverbindung. Fertigung. Prüfung von Laserschweißnähten mit automatischer Bewertung Made in Germany

38 – 39 SENTECH INSTRUMENTS GMBH Spektroskopisches Ellipsometer SENresearch 4.0 mit Microspot Option. SENTECH Instruments GmbH SENTECH Instruments entwi- Das 1990 gegründete Unternehmen zen modernste Prozesse und Anwen- ckelt, produziert und verkauft ist in den letzten Jahren sehr schnell dungen für die Herstellung von Nano- hochqualitative Anlagen für gewachsen und beschäftigt heute über strukturen in Forschung, Entwicklung die Plasma Prozesstechnologie, 65 Mitarbeiter. Zur Ausweitung der und dem industriellen Umfeld. Schädi- die Atomlagenabscheidung, die Produktionskapazitäten zog SENTECH gungsfreie Bearbeitung von Halblei- Dünnschichtmesstechnik und 2010 in ein eigenes Firmengebäude termaterialien und Abscheidung von die Photovoltaik. im Technologiepark Berlin-Adlershof. dünnen Barriere- und Passivierungs- In 2016 sollen die gesteigerten Anfor- schichten bei Temperaturen unterhalb Kontakt derungen des Marktes durch ein noch 100 °C zeichnen unsere Anlagen aus. höheres Produktionsvolumen erfüllt Porenfreie konforme Beschichtung von SENTECH Instruments GmbH werden. 3D Strukturen mit atomarer Präzision Schwarzschildstraße 2 sowie die Kombination der verschiede- D-12489 Berlin SENTECH bietet eine breite Produkt- nen Nanotechnologien ohne Unterbre- palette an spektroskopischen Ellipso- chung des Vakuums sind die heraus- Tel.: +49 (0)30 639255-20 metern, Laser Ellipsometern und ragenden Merkmale von SENTECH Fax: +49 (0)30 639255-22 Reflektometern zur Messung von Systemen. Über 300 Anlagen sind Dicke und optischen Konstanten sehr bereits weltweit im Einsatz. [email protected] dünner Schichten oder Schichtsta- www.sentech.de peln. Mit über 1.500 verkauften SENTECH bietet ein globales Netz- Messgeräten ist SENTECH weltweiter werk aus 21 hochqualifizierten Ver- Sales office Marktführer in der Dünnschichtmess- triebspartnern. Ein eigener SENTECH SENTECH Gesellschaft für technik. Ein besonderer Meilenstein Servicestützpunkt in Asien bietet konnte 2016 erzielt werden. Das schnelle und effiziente Vertriebs- und Sensortechnik mbH neue SENresearch 4.0 ist ein spek- Serviceunterstützung vor Ort. Bei prak- Konrad-Zuse-Bogen 13 troskopisches Ellipsometer neuester tischen Anwendungsfragen stehen Generation, welches mit modularem unseren Kunden erfahrene Applikati- D-82152 Krailling Konzept für Optionen und Zubehör onsexperten zur Verfügung. SENTECH Tel.: +49 (0)89 897960-70 aufwartet. Besondere Erfolge verzei- Applikationslabore für Plasmaprozess- Fax: +49 (0)89 897960-722 chnet SENTECH auf dem Gebiet der technologie und Dünnschichtmess- Photovoltaik dank spezieller Mess- technik bieten mehr als 150 m² Labor- [email protected] lösungen für die Entwicklung und fläche für anwendungsorientierte For- www.sentech-sales.de Produktion von kristallinen Silizium- schung und praktisches Anwendertrai- und Dünnschichtsolarzellen. ning. Ganz nach dem SENTECH Motto „Erfolg durch Leistung“ realisieren SENTECH plasmagestützte Ätz- und unsere Mitarbeiter stets mit vollstem Beschichtungsanlagen sowie Anlagen Engagement das höchste Maß an Effizi- zur Atomlagenabscheidung unterstüt- enz und Service für unsere Kunden.

SENTECH INSTRUMENTS GMBHSENTECH Instruments develops, SENTECH offers a broad range of Plasma Prozess Technologie Cluster mit Kassettenstation.manufactures, and globally sells spectroscopic ellipsometers, laser ellip-innovative capital equipment someters, and reflectometers for the SENTECH Instruments effectivelycentered on thin films in semi- measurement of thickness and optical serves a worldwide customer base andconductor technology, microsys- constants on thin films and layer stacks. is well established in future technologytems, photovoltaics, nanotech- By selling more than 1,500 measure- markets. A global distribution networknology, and materials research. ment units, SENTECH has become one of 21 experienced and highly qualifiedSENTECH is expert in structuring of the world leaders in thin film metrol- partners plus an own SENTECH serviceand deposition of thin films by ogy. A big milestone within our metrol- office in Asia provide quick and effi-means of plasma process techno- ogy product portfolio was reached cient customer service. Best applica-logy. SENTECH offers systems for in 2016: The SENresearch 4.0 with a tion support is given by SENTECHplasma etching, plasma enhanced new modular concept for options and application experts who operate inchemical vapour deposition, and field upgradable accessories brings application laboratories for thin filmatomic layer deposition. SENTECH our spectroscopic ellipsometry port- measurement and plasma processprovides innovative solutions for folio to another level. SENTECH is also technology that cover an area of morenon-contact, non-invasive optical very successful in photovoltaics with than 150 m². The SENTECH mottocharacterization using ellipsom- measurement solutions for the develop- „Erfolg durch Leistung” is a continu-etry and reflectometry. ment and manufacturing of crystal- ing commitment of all employees to line silicon and thin film solar cells. achieve success by high standard ofIn 1990, SENTECH was founded in efficiency and customer service.Adlershof, Berlin with a sales depart- SENTECH plasma etchers and deposi-ment in Munich. As part of the tion systems including ALD supportbusiness campus Adlershof, Berlin, leading-edge applications. They fea-SENTECH continuously grew with its ture high flexibility, reliability, andproduct portfolio, sales and service low cost of ownership. SENTECHnetwork. In 2010, SENTECH expand- plasma tools are developed and ma-ed to our own premises in Adlershof, nufactured in-house and thus allowBerlin. In 2016, SENTECH is going to for customer-specific adaptations.extend its production capacity with More than 300 units have been soldan expansion meeting the continu- to research facilities and industryous growing demand for innovative for applications in nanotechnology,instrumentation. micro-optics, and optoelectronics.103-015-001_CS5.indd 1 13.04.16 14:19

40 – 41 IM BLICKPUNKT Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Foto: Wilm Ihlenfeld/Fotolia, Fraunhofer IWU

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Institutsleitung: Zielgruppen/Branchen:Prof. Dr.-Ing. Dirk Landgrebe ■ Maschinenbau(Geschäftsführend) ■ FahrzeugbauProf. Dr.-Ing. Welf-Guntram Drossel ■ MedizintechnikProf. Dr.-Ing. Matthias Putz ■ Luft- und Raumfahrt ■ Elektrotechnik ■ Feinwerk- und Mikrotechnik Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU ▲Das Fraunhofer IWU ist Motor für entwickelt unter Leitung von Profes- konzepten, bei denen Werkstoffe,Neuerungen im Umfeld der produk- sor Welf-Guntram Drossel mechatro- Konstruktion und Fertigungsverfah-tionstechnischen Forschung und nische Produktionssysteme mit hoher ren optimal zusammenspielen. ImEntwicklung. Mehr als 650 Mitarbei- Funktionsverdichtung, indem in der Wissenschaftsbereich „Umform-terinnen und Mitarbeiter an den Werkstoffebene Sensoren und Akto- technik und Fügen“ unter LeitungStandorten Chemnitz, Dresden, ren integriert werden, die gleichzeitig von Professor Dirk Landgrebe werdenAugsburg, Zittau und Wolfsburg flexibel und effizient sind. Besonders daher Umform- und Fügeverfahrenerschließen Potenziale, entwickeln in Kombination mit Leichtbaukompo- für den optimalen Einsatz von hoch-Lösungen, verbessern Technik und nenten eröffnen sich neue Perspekti- festen Stählen, Aluminium, Magne-treiben Innovationen in Wissenschaft ven. Generative Fertigungsverfahren sium und Faserverbundmaterialienund Auftragsforschung voran. erweitern die Gestaltungsspielräume erforscht. Die Werkstoffzukunft in bei Geometrie und Werkstoff. der Großserie heißt Mischbauweise,Als Leitinstitut für ressourceneffiziente wobei die Verbesserung bewährterProduktion innerhalb der Fraunhofer- Steigende Anforderungen an Produk- und die Entwicklung neuartiger Füge-Gesellschaft liegt unser Hauptaugen- tivität, Fertigungsgenauigkeit, Flexi- verfahren vorrangig betrachtet wird.merk darauf, Effizienztechnologien bilität und Energieeffizienz sind nurund intelligente Produktionsanlagen einige Aspekte, die bei der Entwicklung Kontaktfür die Herstellung von Karosserie- neuer Produktionsanlagen berücksich-und Powertrainkomponenten zu ent- tigt werden müssen und im Wissen- Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinenwickeln und die damit verbundenen schaftsbereich „Werkzeugma- und Umformtechnik IWU, Standort Dresdenumformenden und spanenden Ferti- schinen, Produktionssysteme und Prof. Dr.-Ing. Welf-Guntram Drosselgungsprozesse zu optimieren. Dabei Zerspanungstechnik“ bei Professor Nöthnitzer Straße 44legen wir Wert darauf, die gesamte Matthias Putz untersucht werden. D-01187 DresdenProzesskette zu betrachten. Die Ent- Um eine hohe Dynamik zu erreichen, Tel.: +49 (0)351 4772-2101wicklung von Leichtbaustrukturen und kommt es vor allem auf geringe be- Fax: +49 (0)351 4772-2103Technologien zur Verarbeitung neuer wegte Massen an. Dies wird sowohl [email protected], aber auch die Funktions- durch neue Aufbauprinzipien der www.iwu.fraunhofer.deübertragung in Baugruppen sind Maschinen als auch durch die konse-dabei wesentliche Erfolgsfaktoren. Im quente Anwendung der Leichtbau-Zuge der strategischen Neuausrich- weise erreicht – zum Beispiel durch dietung des Instituts wurden 2015 drei Nutzung von Metallschäumen als Kon-Wissenschaftsbereiche eingerichtet. struktionswerkstoff für Baugruppen.Der Wissenschaftsbereich „Mecha- Die Anforderungen an das Auto dertronik und Funktionsleichtbau“ Zukunft verlangen nach Leichtbau-

42 – 43 IM BLICKPUNKTFoto: Wilm Ihlenfeld/Fotolia, Fraunhofer IWU Highlights aus dem Fraunhofer IWU – BMBF-Innovationsprojekte spielsweise eine Entriegelungsaktorik von Werkstoffen. Dabei verfolgen Mit der Initiative für Sauerstoffmasken in Verkehrsflug- 12 führende Forschungseinrichtun- „Zwanzig20 – Partnerschaft für zeugen und eine intelligente Fassade. gen und 28 Unternehmen das Ziel, Innovation“ unterstützt das Bun- Letztere entstand in Kooperation mit die additiv-generative Fertigung zur desministerium für Bildung und der Weißensee Kunsthochschule Berlin Schlüsseltechnologie der Industrie 4.0 Forschung BMBF im Projektzeitraum auf Basis von Nickel-Titan-Formge- zu entwickeln und ihren industriellen von 2013 bis 2019 speziell ostdeut- dächtnislegierungen (FGL). Die intel- Durchbruch zu ermöglichen. Denn sche Unternehmen bei Innovationen ligente Fassade besteht aus einer mit der Herstellung von Bauteilen und und Kooperationen. Das Konsortium Matrix textiler Blüten, die mithilfe Werkzeugen durch einen schichtwei- unter der Leitung des Fraunhofer IWU von thermischen FGL-Aktoren gesteu- sen, dreidimensionalen Auftrag von „smart³ | materials – solutions – ert werden und damit befähigt sind, Werkstoffen können nicht nur signi- growth“ zählt zu den zehn Gewin- großflächige Glasfassaden von Ge- fikante Zeit- und Kostensenkungen nern des Forschungsprogramms bäuden autark zu verschatten. Erwärmt ermöglicht, sondern auch bisher nicht und forciert die Entwicklung sich die Fassade durch die eintreffende herstellbare Bauteile erzeugt werden, neuer Produkte auf Basis von Smart Sonneneinstrahlung, öffnen sich die womit sich völlig neue Möglichkeiten Materials für den Einsatz in den textilen Blüten geräuschlos ohne Ein- in Design und Konstruktion eröffnen. Schwerpunktbereichen Mobilität, satz zusätzlicher Aktorik und Sensorik. Seit dem Projektstart 2014 mit der Gesundheit, Energie und Sicherheit. Auf diese Weise werden Hitzeein- Strategiephase zur Erstellung einer Das interdisziplinäre Konsortium wirkung und Sonneneinstrahlung in Roadmap bis 2010 hat 2015 nun die besteht derzeit aus 68 Unterneh- das Gebäude gesenkt. Der Vorteil Umsetzung begonnen – zum einen men und Forschungseinrichtungen. besteht darin, dass sich die Blüten bei mit dem Startschuss für das Mess- Ingenieure, Designer und Sozialwis- nachlassender Sonneneinstrahlung und Prüfzentrum für additiv-gefertigte senschaftler setzen dabei gemeinsam eigenständig schließen und den Blick Bauteile, zum anderen begann das auf die Säulen Werkstoffintelligenz, nach außen freigeben. Die Forschungs- Basisvorhaben zur Erforschung der Prozessinnovation und Kooperations- und Entwicklungsarbeiten werden Rahmenbedingungen für die additiv- kultur, um innovative Produkte und bis Ende 2019 fokussiert in den vier generative Fertigung. Unter Mitwir- nachhaltiges Wachstum zu schaffen. Schwerpunktbereichen fortgeführt. kung des Fraunhofer IWU werden Im Rahmen der Forschungs- und u. a. Themen wie Fragen des Designs Entwicklungsprojekte entstanden Das Fraunhofer IWU ist Partner im und Konstruktion sowie zur Quali- bereits erste Demonstratoren mit BMBF-Innovationsprojekt „AGENT- tätssicherung und Standardisierung Formgedächtnislegierungen wie bei- 3D“ zur additiv-generativen Fertigung bearbeitet.

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016 Fotos: Fraunhofer IWUVon der Idee über den Werkstoff zum ProduktForschungs- und Entwicklungs- formtechnik zur Herstellung von „Optimierte Füge- und Montage-projekte: Gebündelte Werkstoff- endabmessungsnahen Hochleistungs- prozesse“ im Karosseriebau wurdenund Prozesskettenkompetenz für magneten. Um den Gehalt des teuren gemeinsam mit der Porsche Leipzigden Automobilbau Dysprosiums in Permanentmagneten GmbH neue Methoden zur PrognoseIm Leitprojekt „Kritikalität Seltener zu minimieren, werden neue Tech- von Geometrieabweichungen imErden“ wird an Technologien gear- nologien untersucht. Ziel ist es, neue Fertigungsprozess von automobilenbeitet, um Seltene Erden effizienter Ansätze voranzubringen, mit denen Karosseriebaugruppen entwickelt.zu verarbeiten, wieder aufzubereiten sich eine Reduktion des Einsatzes von Aus ihr lassen sich Korrekturmaßnah-oder neue Ersatzmaterialien zu finden Seltenen Erden durch mikrostruktur- men für den Justageprozess von– denn nichts geht in der Elektromo- und funktionsorientiertes Techno- Karosseriebauvorrichtungen ableiten.bilität ohne leistungsfähige Perma- logiedesign für Permanentmagnete Dazu wurden numerische Modellenentmagnete. Ihre guten Eigenschaf- für den Einsatz in Motoren für die entwickelt, die Zusammenbaupro-ten verdanken sie den chemischen Fahrzeugtechnik erreichen lässt. zesse im Karosseriebau abbilden.Elementen Neodym und Dysprosium An der Demonstratorbaugruppeaus der Gruppe der Seltenen Erden. Leichtbaubauwerkstoffe wie höher- CD-Knoten Porsche Macan wurdenDoch das Angebot auf dem Welt- feste Stähle, Aluminium, Magnesium sie erfolgreich getestet und validiert.markt für diese kostenintensiven Roh- und faserverstärkte Kunststoffe stel- Kommen diese Ersatzmodelle zumstoffe ist knapp. Man nennt sie auch len die Fertigungsprozesse im Auto- Einsatz, lässt sich zuverlässig berech-kritische Rohstoffe, weil nicht sicher mobilbau vor neue Herausforderun- nen, wie die Baugruppenmaßhaltig-ist, ob es mittel- bis langfristig genug gen. Etablierte Prozessketten stoßen keit durch Spann- und Fügeprozessedavon geben wird. Der Ausbau der an ihre Grenzen, da für diese Ma- beeinflusst werden kann. Damit kön-Zukunftstechnologien hängt auch terialien noch keine durchgängige nen die eingesetzte Fügetechnik unddavon ab, ob ausreichende Mengen Begleitung mit Berechnungsmetho- Vorrichtungskonstruktionen schonder begehrten Rohstoffe vorhanden den existiert. Werkzeuge der FEM in der Planungsphase abgesichertsind. Das Fraunhofer IWU ist für das gestatten es, für Teile der Prozess- werden. Somit ist es möglich, denTeilprojekt „Effizientere Prozesse“ kette, die Effizienz in der Produk- derzeit noch manuell durchgeführtenverantwortlich. Basierend auf Erfah- tionsvorbereitung zu verbessern Justageprozess von mehreren Minu-rungen beim Aufbau fertigungstech- und Risiken im Produktionsanlauf ten auf wenige Sekunden zu verkür-nischer Prozessketten entwickeln, zu senken. Im Rahmen des von zen. Beim Projektpartner, der Porschetesten und optimieren wir u. a. die der Sächsischen Aufbaubank SAB Leipzig GmbH, erfolgte die Umset-technologische Route der 3D-Um- geförderten Verbundprojekts zung der Forschungsergebnisse.

44 – 45 ETO MAGNETIC GMBHAbb. 1: Lichtmikroskopische Aufnahme eines NiMnGa-Einkristalls mit martensitischer Struktur. Magnetische Formgedächtnislegierungen als Basis intelligenter mechatronischer Systeme Magnetische Formgedächtnisle- Als „Smart Materials“ wird eine Last von etwa 1,5 kg knapp einen gierungen sind ein wichtiger Klasse von Werkstoffen bezeichnet, Millimeter anheben. Ursache des Vertreter der sogenannten Smart die ihre Eigenschaften und Geome- magnetischen Formgedächtniseffekts Materials. Einkristalline NiMnGa- trie aufgrund äußerer Einflüsse än- ist eine Kopplung zwischen Magneti- Werkstoffe, die unter moderaten dern. Solche Werkstoffe ermöglichen, sierung und Gitterstruktur: Aufgrund Magnetfeldern große Hübe und Funktionalität in strukturelle Elemen- der hohen magnetischen Anisotro- Kräften bei attraktiver Dynamik te zu integrieren, und eröffnen pie des martensitischen Werkstoffs bieten, stehen heute nach erheb- dadurch neue Freiheitsgrade in der kommt es unter einem Magnetfeld lichen Fortschritten in den letzten Produktgestaltung. Diese Freiheits- zur Verschiebung sogenannter Jahren für Pilotanwendungen grade sind ein wichtiger Erfolgsfaktor Zwillingsgrenzen, die wiederum die bereit. Die ETO MAGNETIC GmbH für diese Werkstoffe, da neben dem Formänderung herbeiführen. entwickelt diese Werkstoffe Preis meistens auch ein funktionaler und darauf basierende mecha- Mehrwert im Fokus der Entwicklung Spezielles Herstellverfahren tronische Komponenten und ist eines Aktors oder mechatronischen Anwendungstauglich sind heute intensiv im smart³-Konsortium Systems steht. Bekannte Vertreter einkristalline Materialien aus einer involviert, das unter der Koor- dieser Materialklasse sind piezoaktive nicht-stöchiometrischen Variante dination des Fraunhofer IWU an Materialien oder auch thermische der Heusler-Legierung Ni2MnGa. Die der weiteren Etablierung von Formgedächtnislegierungen. Herstellung des Kristalls erfolgt im Smart Materials in Schlüsselfel- sogenannten Bridgman-Stockbarger- dern arbeitet. Die magnetischen Formgedächtnisle- Verfahren, bei dem sich die Schmelze gierungen, auch als Magnetic Shape in einer keramischen Formschale Kontakt Memory (MSM) bezeichnet, gehören befindet, die aus einem Graphitheizer ebenfalls dazu. Durch ein moderates durch einen maximalem Temperatur- ETO MAGNETIC GmbH magnetisches Feld von weniger als gradienten in eine kalte Zone gezo- Hardtring 8 1 T ändern MSM-Legierungen ihre gen wird. Es resultiert eine einkristal- Form reproduzierbar und erzeugen line dendritische Struktur, mit einem D-78333 Stockach Dehnung und Kraft. Die Dehnung be- meist tetragonalen Martensitgitter bei Tel.: +49 (0)7771 809-0 trägt etwa 6% und kann in speziel- Raumtemperatur (s. Abb.1) und ei- Fax: +49 (0)7771 809-100 len Materialien bis zu 12% erreichen. nem kubischen Austenit bei höherer [email protected] Die sogenannte Blockierspannung, Temperatur. Die Kristalle werden nach bis zu der das Material Hubarbeit Wärmebehandlung mittels unter- www.etogroup.com verrichten kann, liegt zwischen 3 und schiedlicher Verfahren in quaderför- 3,5 N/mm². Anschaulich gesagt kann mige Elemente vereinzelt, die dann ein MSM-Element mit Abmessungen in Aktoren oder mechatronischen von 2×3×15 mm (s. Abb. 2) eine Systemen verbaut werden können.

ETO MAGNETIC GMBHAbb. 2: Magnetische Formgedächtniselemente zur Verwendung in Aktoren. 3Eine wesentliche Herausforderung für ten der Industrie- und Automobil- Abb. 3: Detailausschnitt eines MSM-Aktors mitdie Werkstofftechnologie besteht in technik. In der Forschungsabteilung MSM-Werkstoff in der Mitte (Prinzipdarstellung).der Erhöhung der Phasenübergangs- in Stockach werden seit 2007 einkris-temperatur zwischen Martensit und talline MSM-Legierungen unter der ETO beteiligt sich im Zuge dieser Ent-Austenit, da diese begrenzend für Marke MAGNETOSHAPE® hergestellt wicklungstätigkeiten auch an ver-die maximale Einsatztemperatur und und kontinuierlich weiterentwickelt. schiedenen Verbundforschungsvor-damit das zugängliche Spektrum an Es wurde ein serientauglicher Prozess haben und hat das im Rahmen derApplikationen ist. Weitere Schlüssel- für Ni-Mn-Ga-Einkristalle etabliert. Zwanzig20-Initiative des BMBF geför-themen liegen in der Steigerung des Im Jahr 2014 konnte die maximale derte und durch das Fraunhofer IWUKristalldurchmessers von heute ca. Einsatztemperatur von ca. 60 °C auf koordinierte Konsortium „smart³30 mm auf 40 bis 50 mm, einher- 80 °C erhöht werden. Parallel zur – materials – solutions – growth“gehend mit einer Reduzierung der Werkstoffentwicklung werden Pro- mit initiiert. ETO begleitet die SäuleKosten für diesen Werkstoff. jekte für Pilotanwendungen bear- intensiv, die sich mit magnetischen beitet. Der Fokus der Anwendungen Formgedächtnismaterialien und derenMAGNETOSHAPE®-Materialien liegt hierbei auf der Automatisie- Anwendungen in den Themenfeldernin der Anwendung rungstechnik, der Fluidtechnik, der „Smart Production“, „Smart Living“,Die ETO GRUPPE mit Hauptsitz in Energietechnik und auf dem Con- „Smart Health“ und „Smart Mobility“Stockach am Bodensee ist ein welt- sumer-Bereich, ergänzt um spezi- beschäftigt. Nähere Informationen zuweit tätiger Hersteller von elektro- elle Fälle, in denen das Material als diesem Konsortium findet man untermagnetischen Aktoren und Sensoren Dämpfer oder Generator genutzt www.smarthoch3.de.für Anwendungen in diversen Gebie- werden könnte. GRUPPE jointly innovative103-015-031_CS5.indd 1 25.04.16 15:43

46 – 47 IM BLICKPUNKT Forschung in den Bereichen Energie, Gesundheit und Materie Foto: HZDR/AVANGA Fotos: HZDR/Oliver Killig Foto: HZDR/Oliver Killig Foto: HZDR/Frank Bierstedt

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Wissenschaftlicher Direktor: Zielgruppen/Branchen:Prof. Roland Sauerbrey ■ Gießereitechnik ■ PhotovoltaikKaufmännischer Direktor: ■ MikroelektronikProf. Peter Joehnk ■ Maschinenbau ■ Energietechnik ■ Automobilbau ■ Medizintechnik Foto: HZDR / Frank Bierstedt Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ▲Von Materie … … zu Materialen Auch das HLD bietet Messzeit fürDas Helmholtz-Zentrum Dresden- Das Ionenstrahlzentrum (IBC) bietet externe Nutzer an.Rossendorf (HZDR) gehört zur rund 40 Experimentierplätze. DieHelmholtz-Gemeinschaft Deutscher Wissenschaftler verfügen über lang- Am Institut für Fluiddynamik stehenForschungszentren und strebt nach jähriges Know-how im Bereich der die Themen Nachhaltigkeit, Energie-neuen Erkenntnissen, um unsere Ionenimplantation, Ionenstrahlana- Effizienz und Sicherheit industriellerLebensgrundlagen zu erhalten und lytik sowie der ionen- bzw. plasma- Prozesse im Vordergrund. Ein be-zu verbessern. Dafür betreibt das unterstützten Filmabscheidung. Die sonderer Fokus liegt auf dem GebietHZDR in Dresden und an drei weiteren vielfältigen Möglichkeiten dieser der Magnetohydrodynamik. HierStandorten Forschung in den Bereichen Anlage werden auch von externen befassen sich die Forscher mit denEnergie, Gesundheit und Materie. Messgästen zur Synthese, Modifika- Strömungsphänomenen elektrisch tion und Analyse von dünnen Schich- leitfähiger Fluide und ihrer Wechsel-So untersuchen HZDR-Wissenschaftler ten und Nanostrukturen genutzt. wirkung mit beziehungsweise ihrerzum Beispiel Materialien unter extre- Halbleiter, Oxide oder Metalle werden Kontrolle durch elektromagnetischemen Bedingungen, wie hohe Magnet- auf ihre elektronische, magnetische, Felder. Die angewandte Forschungfelder oder tiefe Temperaturen, um sie optische und strukturelle Funktionali- zielt auf das Design maßgeschnei-zu verbessern und zu optimieren. Eine tät analysiert und optimiert. derter magnetischer Felder zur Opti-besondere Stärke der Helmholtz-For- mierung industrieller Prozesse in derschung kommt gerade im Bereich Ma- Moderne Materialforschung betrei- Metallurgie, der Kristallzüchtung undterie zum Tragen: der Betrieb und der ben auch die Wissenschaftler am der Elektrochemie.Einsatz von Großgeräten und komple- Hochfeld-Magnetlabor Dresden (HLD).xen Infrastrukturen für die Forschung. Experimente in hohen Magnetfeldern KontaktDie größte Infrastruktur ist das Zentrum führen zu grundlegenden Erkenntnis-für Hochleistungs-Strahlenquellen ELBE. sen über die uns umgebende Materie, Helmholtz-Zentrum Dresden-RossendorfAus dem Elektronenstrahl des supra- denn sie erlauben in einzigartiger Dr. Björn Wolfleitenden ELBE-Beschleunigers lassen Weise, Materialeigenschaften gezielt Leiter Technologietransfer und Rechtsich verschiedene Arten von Sekun- und kontrolliert zu beeinflussen. Bei Bautzner Landstraße 400därstrahlung für unterschiedlichste der Forschung in hohen Magnetfel- D-01328 DresdenForschungszwecke erzeugen. Für die dern gelingen so wegweisende Ent- Tel.: +49 (0)351 260-0Untersuchung von Defekten in Werk- deckungen, die zu Fortschritten in der Fax: +49 (0)351 269-0461stoffen beispielsweise stehen Positro- Materialentwicklung für die Anwen- [email protected] an EPOS (ELBE Positron Source) zur dung führen. Der Schwerpunkt liegt www.hzdr.deVerfügung. Jedes Jahr besuchen Nut- auf den elektronischen Eigenschaftenzergruppen aus der ganzen Welt ELBE, metallischer, halbleitender, supralei-um hier Experimente durchzuführen. tender und magnetischer Materialien.

48 – 49 IM BLICKPUNKT Foto: HZDR / AVANGA Heiße Schmelzen kontrollieren Die Metallerzeugung und -bear- Am Helmholtz-Zentrum Dresden- und zur optimalen Auslegung der beitung stellt mit einem Umsatz- Rossendorf nutzen Forscher im Ins- Magnetfelder im jeweiligen Prozess. volumen von knapp 100 Milliarden titut für Fluiddynamik elektromag- So konnte in Kooperation mit einem Euro allein in Deutschland einen netische Felder, um Strömungs- und Industriepartner die Ausschussrate der wichtigsten Industriezweige dar Transportprozesse in elektrisch leit- beim Aluminiumfeingießen spezieller (Quelle: Statistisches Bundesamt). fähigen Fluiden zu kontrollieren und Teile für den Flugzeugbau etwa um Eine wichtige Stellung nimmt hierbei damit die Materialeigenschaften der den Faktor 5 mit Hilfe magnetischer der Stahl ein. Dieser wird meist mit Endprodukte entscheidend zu verbes- Strömungskontrolle bei der Formfül- dem Stranggussverfahren hergestellt, sern. Diese Methode ist höchst inno- lung gesenkt werden. Neben einer in welchem der flüssige Stahl von vativ und gestattet eine kontaktlose hohen Produktqualität bedeutet dies einem Verteiler durch ein Tauchrohr Beeinflussung der in der Regel heißen vor allem auch eine deutliche Ener- in die nach unten offene Kokille Schmelzen. Beim Stahl- und Alumini- gieeinsparung, da wesentlich weni- fließt und an wassergekühlten und umguss werden Magnetfelder einge- ger ausgesonderte Teile mit hohem oszillierenden Kupferwänden später setzt, um beispielsweise die flüssigen Energieaufwand wieder eingeschmol- erstarrt. Gegenwärtig betrifft der Metalle mittels Rühren thermisch und zen werden müssen. Eine andere Strangguss etwa 90 Prozent der chemisch zu homogenisieren. Das Anwendung von Magnetfeldern weltweiten jährlichen Stahlproduk- Rühren kann aber auch Instabilitäten betrifft das elektromagnetische Rüh- tion von 1,5 Milliarden Tonnen und Strömungsturbulenzen verhin- ren bei der Erstarrung von Gussteilen, (Quelle: www.stahl-online.de). dern, die ansonsten dafür sorgen wodurch die Bildung einer feinkörni- könnten, dass Verunreinigungen in gen Gefügestruktur gefördert wird. Verfahren zur Messung und Beein- Form von Oxiden, Schlacketeilchen Ein Gefüge mit vielen kleinen Kör- flussung von Strömungen für diese oder Gasblasen in das Gussteil gelan- nern hat deutlich verbesserte Festig- Anwendungen sind aufgrund der gen. Derartige Einschlüsse verschlech- keitseigenschaften im Vergleich zu hohen Temperatur von über 1.600 tern die mechanischen Eigenschaften erstarrten Strukturen mit wenigen Grad Celsius beziehungsweise der des Bauteils erheblich und bilden großen Körnern. Intransparenz des flüssigen Stahls den Ausgangspunkt für ein späteres jedoch kaum etabliert. Das Potenzial Materialversagen im Zustand mecha- … und bei der Kristallzüchtung zur Verbesserung dieser Prozesse nischer Belastung. Im Bereich Kristallzüchtung werden und damit zur Einsparung von Pri- elektromagnetische Felder am HZDR märenergie ist daher enorm. Dies Magnetfelder beim etwa dazu eingesetzt, Strömungsin- gilt auch für Anwendungen wie das Aluminiumguss stabilitäten zu vermeiden oder Ver- Gießen von Leichtmetallen oder die Mit der experimentellen Modellierung unreinigungen aus Siliziumschmelzen Züchtung von Halbleiter-Kristallen, von Gießprozessen im Labormaßstab zu entfernen. Ersteres ist sehr wichtig die ebenfalls eine wichtige wirt- liefert das HZDR einen wesentlichen für die Reduzierung von Kristallbau- schaftliche Relevanz besitzen. Beitrag zum besseren Verständnis fehlern bei der Züchtung von Ein-