Startschuss für neues SFB/TRR-Projekt – Millionenförde­rung für zukunftsweisen­de Leichtbautech­nologien

Im November 2024 wurde die Förderung des neuen Sonderforschungsbereichs/Transregio (SFB/TRR 402) durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bekannt gegeben. Unter dem Titel „Intelligente Produktionstechnologien für Kunststoff-Leichtbaustrukturen mit belastungsdedizierter 3D-Gradierung der Verstärkungsarchitektur (DediGrad)“ umfasst das Projekt eine Kooperation zwischen der Technischen Universität Dresden und den Partnern TU Chemnitz, RWTH Aachen, TU Wien und dem Fraunhofer IWU. Die Gesamtfördersumme von 16,4 Millionen Euro wird über die kommenden 3 ¾ Jahre hinweg eingesetzt, um fortschrittliche Produktionstechnologien für ressourceneffiziente und nachhaltige Leichtbaustrukturen zu entwickeln. Das Projekt stärkt nicht nur die wissenschaftliche Exzellenz der Region Dresden, sondern positioniert die TU Dresden auch weiterhin als Akteur in der interdisziplinären Grundlagenforschung.

Das SFB/TRR 402 verfolgt das ambitionierte Ziel, Leichtbaustrukturen zu schaffen, die durch innovative Materialkombinationen und Fertigungstechnologien sowohl belastbar als auch vollständig recyclingfähig sind. Die Bauteile sollen in der Lage sein, höchsten Leistungsanforderungen gerecht zu werden. Sie finden ihre Anwendungen in verschiedenen Industrien – von der Automobil- und Luftfahrtbranche bis hin zum Schienenverkehr. Das Projekt hat das Potenzial, die Produktionsprozesse vieler Branchen zu revolutionieren und zu einer klimafreundlicheren Zukunft beizutragen.

In der ersten Phase des Projekts liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung von Technologien zur Integration von kontinuierlichen und diskontinuierlichen Faserverstärkungen. Durch die Kombination dieser Faserarten wird eine maßgeschneiderte Materialgestaltung ermöglicht, die nicht nur die mechanischen Eigenschaften optimiert, sondern auch die Eignung für eine effiziente Massenproduktion gewährleistet. Ein besonderes Augenmerk gilt der 3D-Gradierung, bei der Materialübergänge fließend gestaltet werden, um unterschiedliche Belastungsanforderungen gezielt zu adressieren.
Das langfristige Ziel ist es, sowohl den Energieverbrauch als auch die CO₂-Emissionen in der Fertigung und im Betrieb von Fahrzeugen und Maschinen signifikant zu senken und die Produktionsprozesse zu optimieren. Dabei soll eine ganzheitlich nachhaltige Wertschöpfungskette entstehen, die den ökologischen Fußabdruck der Produkte über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg minimiert.

Forschungsschwerpunkte des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) im SFB/TRR 402

Das ILK ist im Rahmen des SFB/TRR 402 maßgeblich an der Integration und Ausrichtung magnetisch beschichteter Kohlenstofffasern (mc-CF) in Polymermatrices beteiligt. Durch den Einsatz externer magnetischer Felder kann die Faserorientierung gezielt gesteuert werden, was insbesondere für die Herstellung von Bauteilen wichtig ist, die sowohl hinsichtlich ihrer Belastbarkeit als auch ihrer Lebensdauer anwendungsspezifischen Anforderungen entsprechen. Die präzise Gestaltung der Übergänge zwischen unterschiedlichen Materialzonen spielt eine essenzielle Rolle für die Leistungsfähigkeit der resultierenden Bauteile.

Ein integraler Bestandteil der Forschung am ILK ist die Entwicklung innovativer Preforming- und Vorbehandlungstechnologien, die auf laserbasierten Verfahren beruhen. Ziel ist es, fortschrittliche Technologien und Bauweisen zu schaffen, die es ermöglichen, gradierte Werkstoffeigenschaften gezielt zu steuern und das Potenzial von Leichtbauwerkstoffen optimal zu nutzen. Besonders hervorzuheben ist der Einsatz geflochtener Strukturen, die im Pressverfahren zu hochleistungsfähigen Bauteilen verarbeitet werden können. Zudem beschäftigt sich das ILK mit der computergestützten Auslegung modularer Werkzeugsysteme, um die Flexibilität und Effizienz in der Fertigung zu steigern.
Zur Charakterisierung der entwickelten gradienten Werkstoffverbunde greift das ILK auf hybride Datenräume zurück, um die komplexen Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen detailliert zu erfassen und auszuwerten. Dies ermöglicht eine präzise Optimierung der entwickelten Technologien und stellt sicher, dass die angestrebten Werkstoffeigenschaften auch in der praktischen Anwendung realisiert werden können.
Die Entwicklung nachhaltiger Designmethoden, die auf den Prinzipien des Produktlebenszyklusmanagements und der Lebenszyklusanalyse basieren, soll ebenfalls zentraler Bestandteil der Forschung werden. Hierbei wird der gesamte Lebenszyklus der Leichtbaustrukturen betrachtet, um eine ökologisch optimierte Designmethodik zu etablieren. In enger Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen werden diese Konzepte weiterentwickelt, um den ökologischen Fußabdruck der hergestellten Bauteile zu minimieren und die Prinzipien des Eco-Designs zu fördern.

Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit im Rahmen des SFB/TRR 402 und darauf, gemeinsam mit unseren Partnern und der Unterstützung der DFG innovative Lösungen zu entwickeln, die einen bedeutenden Beitrag zur Weiterentwicklung der Leichtbautechnologien leisten.

Kontakt

© Kirsten Lassig

Name

Dr.-Ing. Anja Winkler

Unit Verbundwerkstoffe

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Projektpartner

• TU Chemnitz
• RWTH Aachen
• TU Wien
• Fraunhofer IWU

Projektpartner an der TU Dresden:

• Institut für Mechatronischen Maschinenbau (IMD)
• Institut für Fertigungstechnik (IF)
• Institut für Maschinenelemente und Maschinenkonstruktion (IMM)