Methodik zur Wissensgenerierung für die reproduzierbare Herstellung biogener Verbundbauteile - ECEMP BioComp

Wichtige Daten im Überblick

Teilprojekt:	BioComp "Biologische Materialverbunde und deren Übertragung in Verbundwerkstoffe" des sächsischen Spitzenclusters "ECEMP – European Centre for Emerging Materials and Processes Dresden"
Laufzeit:	04/2009 – 03/2012
Finanzierung:	DFG
Bearbeiter:	Dr.-Ing. Hajo Wiemer Dipl.-Wirt.-Inf. Michaela Helbig
Kooperation:	Dipl.-Ing. Carolin Siegel, Institut für Holz- und Papiertechnik, TU Dresden Dr.rer.nat. Martina Bremer, Institut für Pflanzen- und Holzchemie, TU Dresden M.Sc. Anne Gohrbandt, Institut für Pflanzen- und Holzchemie, TU Dresden Dipl.-Ing. (FH) Alexander Feldner, Institut für Pflanzen- und Holzchemie, TU Dresden Dipl.-Ing. Melanie Horbens, Institut für Botanik, TU Dresden

Kurzbeschreibung

Das Vorhaben BioComp widmet sich der materialeffizienten Verwendung regional verfügbarer Einjahrespflanzen und deren Übertragung in bionisch optimierte, funktionalisierte Mehrkomponentenwerkstoffe für Ressourcen schonende Leichtbaustrukturen. Die Verarbeitung biogener Rohstoffe zu Verbundwerkstoffen und deren Nutzung in Verbundbauteilen steht im Wesentlichen vor zwei Herausforderungen. Zum Einen sind zunächst Pflanzen zu finden, deren Bestandteile als Faser- oder Matrixrohstoffe geeignet sind. Zum anderen werden industrietaugliche Technologien benötigt, mit denen die biogenen Verbundwerkstoffe entlang der im Bild 1 dargestellten Stufenfolge reproduzierbar hergestellt werden können. Dies ist aufgrund der wachstumsbedingten starken Streuung der Rohstoffeigenschaften besonders anspruchsvoll.

Ziel des am IWM bearbeiteten Schwerpunkts ist daher die Entwicklung geeigneter Methoden, mit denen sowohl die Bestimmung der Rohstoffeigenschaften als auch die Ermittlung technologischer Einflussmöglichkeiten unterstützt werden. Schließlich soll ausreichend technologisches Prozesswissen generiert werden, um Werkstoffeigenschaften gezielt einstellen und eine reproduzierbare Verarbeitung absichern zu können.

Bild 1: Betrachtete Stufenfolge zur Herstellung von biogenen Verbundbauteilen aus pflanzlichen Rohstoffen

Lösungsweg

Bild 2: Hauptschritte der Generierung und Nutzung von Technologiewissen

Aufbauend auf den Vorarbeiten zur Prozesskettenmodellierung und -analyse bildeten folgende Schwerpunkte den Lösungsweg:

Entwicklung einer Methode zur effektiven Generierung von Technologiewissen (Bild 2)
Weiterentwicklung der Methodik zur Prozesskettenbeschreibung (Bild 3)
Schaffung der Voraussetzungen für die Datenerfassung in dem mit einer Datenbank verknüpften Prozessmodell
Erfassung und Analyse der Daten der untersuchten Pflanzen und Technologien
Entwicklung geeigneter Methoden zur Ablage und Bereitstellung von Technologiewissen
Test und exemplarische Anwendung der Gesamtmethode mit Unterstützung des entwickelten Beschreibungs- und Analysewerkzeugs (Bild 4)
Test, Einführung und Anwendung des Modellierungs- und Analysewerkzeugs

Bild 3: Beispiel für ein Modell der Prozessketten zu den technologischen Untersuchungen (BioComp-Hauptlinie)

Ergebnisse

Das Projekt wurde abgeschlossen und als Fortführung aufgrund des identifizierten weiterführenden Forschungsbedarfs als BioHybrid (C2) im Spitzencluster ECEMP beantragt und genehmigt.

Es erfolgte die detaillierte Modellierung der Hauptforschungslinie zur Herstellung von Prüfkörpern aus biogenen Verbundwerkstoffen sowie deren Prüfung hinsichtlich Verarbeitungs- und Bauteileigenschaften. Zu dieser Darstellung konnte eine Vielzahl von Exemplardaten erhoben werden, die sich im Wesentlichen in zwei Untersuchungsschwerpunkte unterteilen lassen: wie wirkt sich eine Matrixmodifikation aus und wie gut ist die Faser-Matrix-Haftung in Bezug auf die zu untersuchenden Eigenschaften. Die genutzte Software wurde dahingehend weiterentwickelt, dass sie nicht nur die ganzheitliche Prozesskettenbetrachtung ermöglicht, sondern nunmehr eine Analysefunktion über die gesamte Kette anbietet. Die Analysen wurden durchgeführt und die Ergebnisse flossen sowohl in die Berichterstattung, als auch in die Versuchsplanung des Folgeprojektes ein. Weiterführend wurden Methoden zur Generierung von Prozesswissen hinsichtlich der Absicherung einer reproduzierbaren Fertigung konzeptionell erarbeitet und weiterführender Forschungsbedarf aus den projektspezifischen Besonderheiten abgeleitet.