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Für eine nachhaltige Zukunft: Effiziente Reparatur und Modifikation von Produkten

Unsere Vision ist eine nachhaltige Gesellschaft, in der Produkte lange genutzt und das Recht auf Reparatur selbstverständlich ist. Dafür haben wir eine innovative Strategie zur Reparatur und Modifikation (Remanufacturing) von Bauteilen entwickelt. Durch die Weiterentwicklung bestehender Fertigungsanlagen ist eine flexible und ressourcenschonende Lösung entstanden, die es ermöglicht, Bauteile zu öffnen, zu zerlegen, zu reparieren und anzupassen.

Unsere Lösung

• Weiterentwicklung einer additiv-subtraktiv arbeitenden Fertigungsanlage (Hard- und Software)
• Lasersystem für minimalinvasive Bearbeitung
• Digitale Prozessplanung für iterative, bauteil- spezifische Kombination einzelner Fertigungs- schritte

Nutzen

• Ressourcenschonende Reparatur und Modifi- kation von Produkten wie Elektromotoren
• Erhöhung der Variantenvielfalt auch nach dem Herstellungsprozess, da gebrauchte Bauteile modifiziert werden können
• Effiziente Herstellung und Anpassung von Bauteilen mit hoher Vielfalt
• Beitrag zu einer nachhaltigen und langlebigen Produktnutzung

Optimierte Schaumkernstrukturen für leichtere und nachhaltigere Fahrzeuge
Im Mobilitätssektor wird der Einsatz von leichten Sandwichstrukturen immer wichtiger, um Gewicht und damit Emissionen und Nachhaltigkeit zu verbessern. Schaumkerne, die zwischen festen Deckschichten verwendet werden, bieten viele Vorteile, wie z.B. bessere Wärmeisolation und Schallabsorption. Aktuelle Schaumstrukturen sind jedoch uniform ausgelegt und haben ungenutztes Optimierungspotential für zusätzliche Gewichtseinsparungen.

Unsere Lösung

• Fertigungsmethode für chemische Flüssigschäume in Kombination mit additivem Auftragsprozess
• Herstellung von strukturell und dichtegradierte Schaumkernen
• Analyse und Optimierung der Fertigungsparameter für leichtere Strukturen

Nutzen

• Flexible, additive Fertigung anisotroper und optimierter Schaumkerne
• Verbesserter Prozess durch nahtlose Integration von Funktionalisierungen in die Kernstruktur
• Leichtere und effizientere Fahrzeugkomponenten für bessere Nachhaltigkeit

Energieeffiziente UV-Aushärtung von Glasfaserverbundwerkstoffen

Die Mobilitätsbranche stellt hohe Anforderungen an nachhaltige und wirtschaftliche Produktionsmethoden. Das betrifft beispielsweise strukturelle Baugruppen von Fahrzeugen, die im Leichtbau gefertigt werden.Wir haben einen Prozess zur Aushärtung von Faserverbundwerkstoffen (FVK) mittels Ultraviolettstrahlung (UV) entwickelt, der sowohl den Energieverbrauch als auch die Taktzeiten in der Produktion signifikant reduziert.

Unsere Lösung

• Optimierte UV-Aushärtung für FVK mit Kohlenstofffasern
• Einsatz photoinitiierter Polymere für flexible und hochproduktive Fertigungsprozesse
• Digitale und optimierte Prozesssteuerung für präzise und effiziente Produktion

Nutzen

• Kosteneinsparung, da industrieübliche thermische Nachhärtung im Resin Transfer Moulding (RTM) oder im Nasspressverfahren obsolet wird
• Deutlich verkürzte Produktionszeiten
• Effiziente Aushärtung auch bei hybriden Materialien

Maßgeschneiderte Multimaterial-Komponenten für die Zukunft der Elektromobilität

Effiziente elektrische Maschinen sind der Schlüssel zur Elektromobilität von morgen. Durch die additive Fertigung eröffnen sich völlig neue Designmöglichkeiten, um elektrische Maschinen hinsichtlich Effizienz, Baugröße, Leistung und Drehmoment zu optimieren. Die Kombination verschiedener Materialien in einem einzigen Fertigungsprozess ermöglicht es, konventionelle Beschränkungen zu überwinden und innovative Motorkonzepte zu realisieren.

Unsere Lösung

• Nutzung additiver und subtraktiver Fertigungsmethoden zur gleichzeitigen Verarbeitung unterschiedlicher Aktivmaterialien
• Topologieoptimierung und Multimaterialbauweise zur Überwindung bestehender Limitationen
• Neue Designfreiheiten im Entwurfs- und Optimierungsprozess für elektrische Maschinen, die struktur-mechanische, magnetische, elektrische und thermische Anforderungen erfüllen

Nutzen

• Optimierung der Effizienz, Baugröße, Leistung und des Drehmoments elektrischer Maschinen
• Realisierung neuer Maschinenarchitekturen mit maßgeschneiderten Multimaterial-Komponenten

Qualifizierung von Kupfer für das Binder-Jetting-Verfahren

In modernen Elektrofahrzeugen gibt es eine Vielzahl von wärmeempfindlichen Komponenten, die vor Abwärme geschützt werden müssen, um ihre Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Insbesondere der Ladevorgang mit hohen Strömen stellt das Thermomanagement vor Herausforderungen, weshalb leistungsfähigere Wärmeübertrager benötigt werden. Die additive Fertigung mittels Binder-Jetting ermöglicht die effiziente Fertigung komplexer Strukturen aus Kupfer. Dadurch kann die effektive Austauschoberfläche erhöht werden.

Unsere Lösung

• Herstellung und Qualifizierung speziell auf den Prozess angepasster Kupferpulver
• Ganzheitliche Prozessoptimierung des Binder-Jetting-Verfahrens (BJT)
• Fertigung eines Demonstrator-Wärmeübertragers unter Nutzung dünnwandiger Strukturen zur Erhöhung der Austauschoberfläche

Nutzen

• Verbesserte Wärmeübertragung durch die Nutzung additiv gefertigter Kupferstrukturen
• Ein effizienteres Thermomanagement kann schnellere Ladeprozesse ermöglichen und gleichzeitig wärmeempfindliche Komponenten im Elektrofahrzeug schonen

Effizienzsteigerung für PEM-Brennstoffzellen durch innovative  Strömungsstrukturen

Für die Elektromobilität ist die Effizienz von Brennstoffzellen entscheidend. Durch innovative Fertigungstechniken verbessern wir die Leistung von Polymerelektrolytmembran-(PEM-)Brennstoffzellen. Unser Fokus liegt auf der Entwicklung strömungsoptimierter Gasdiffusionslagen (GDL) und Bi-polarplatten (BPP) sowie der gezielten Anpassung von Oberflächen, um die Gasverteilung und das Wassermanagement zu optimieren.

Unsere Lösung

• Kombinierter additiver und subtraktiver Laserprozess für die gezielte Erzeugung strömungsangepasster Kanalstrukturen in der GDL und BPP
• Strukturierung der Oberfläche zur Beeinflussung der Wasserleitung
• Entwicklung eines hybriden Graphitmaterials für die additive Fertigung der GDL
• Optimierung der Gas-/Wasserströmung durch Strömungsimulation
• Messtechnische Analyse hinsichtlich elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, Wassermanagement und Gasverteilung

Nutzen  

• Präzise und funktionale Strömungsstrukturen für eine optimierte Leistung der Brennstoffzellen
• Optimierte Qualität des Bauteils: Minimierter Verzug und gleichzeitig hohe Präzision bei der Herstellung filigraner Kanäle

Effiziente Kühlung von Zerspanungswerkzeugen durch additive Fertigung

Die additive Fertigung von Zerspanungswerk-zeugen bietet neuartige Möglichkeiten, die Zufuhr von Kühlmedien in die Schneidzone zu revolutionieren. Aktuell variieren die Kühlströme in identisch gefertigten Kanälen aufgrund von Qualitätsunterschieden. Mit einer optimierten Kühlkanalauslegung können Werkzeuge wie Stechdrehmeißel optimal in der Fertigung genutzt werden.

Unsere Lösung

• Prozesstechnische Optimierung additiv gefertigter Kühlkanäle im PBF-LB/M
  • Auswahl der idealen Partikelgrößenverteilung
  • Prozessstellgrößenanalyse in Abhängigkeit der Partikelgrößenverteilung
• CFD-basierte Optimierung der Kühlkanalgeometrie

Nutzen

• Geringere Druckverluste bei Durchströmung
• Reduzierter Verschleiß
• Höhere Standzeit und Produktivität von Zerspanungswerkzeugen

Nachhaltige Fertigung von endkonturnahen Halbzeugen mittels BinderJetting

Das Räumen ist ein entscheidendes Fertigungsverfahren zur Herstellung hochwertiger Verzahnungen, besonders in der Elektromobilität. Dabei zerspanen die Schneiden des stufenförmigen Räumwerkzeugs unter hohen Kräften das Material und erzeugen die gewünschte Verzahnung. Die Fertigung solcher Räumwerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl (HSS) erfordert bisher energieintensive Weichbearbeitungsschritte. Sie kann aber nachhaltiger und ressourcenschonender gestaltet werden.

Unsere Lösung

• Herstellung endkonturnaher Halbzeuge aus Schnellarbeitsstahl (HSS) mittels BinderJetting, um Weichbearbeitungsschritte zu eliminieren
• Optimierung der Prozesskette für hohe Bauteildichte und Belastbarkeit des Werkzeugs
• Sinterschritt bei Umgebungsdruck zur Energieeinsparung
• Ganzheitliche Optimierung der Prozesskette

Nutzen

• Deutlich geringerer Material- und Energieverbrauch
• Einsparung des Weichbearbeitungsschrittes
• Verbesserte Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz in der Fertigung

Rotationsunrunddrehen von Rotorwellen für elektrische Traktionsantriebe

Eine sichere Wellen-Nabe-Verbindung (WNV) zwischen Rotorwelle und Blechpaket ist entscheidend für langlebige und effiziente Elektromotoren. Die derzeit üblichen zylindrischen Pressverbunde behindern jedoch eine optimale magnetische Auslegung und erzeugen hohe mechanische Spannungen, die die Lebensdauer verringern können. Eine vorgespannte formschlüssige WNV mit unrundem Querschnitt der Rotorwelle bietet hier großes Potenzial. Bisher fehlt jedoch eine wirtschaftliche Fertigungstechnologie für diese Lösung.

Unsere Lösung

• Weiterentwicklung des Rotationsunrunddrehens zur wirtschaftlichen Fertigung neuartiger Rotorwellen mit unrundem Querschnitt
• Untersuchung geometrischer und prozessseitiger Freiheitsgrade für eine effiziente Produkt-Produktions-Kopplung
• Simulation der Prozessparameter zur Optimierung der Querschnittsabbildung und Individualisierbarkeit des Bauteils
• Validierung der Simulationsergebnisse durch Experimente und Aufbereitung praxisnaher Handlungsempfehlungen für die industrielle Anwendung

Versuchsträger-Fahrzeug in der Miniaturversion

Das Miniaturfahrzeug "Mini-eVee" ist das dritte Modell der ICM-Fahrzeugflotte und dient zu Demonstrations-

und Validierungszwecken. Es bildet größere Fahrzeugkonzepte im Maßstab 1:4 ab und ermöglicht so frühzeitige Konzeptstudien und Bauraumuntersuchungen.

Dank seiner kompakten Abmessungen und dem intensiven Einsatz von 3D-Druckteilen können neue Ideen schon in einer frühen Entwicklungsphase visualisiert und getestet werden. MinieVee bietet eine flexible Plattform, um innovative Technologien zu erproben, bevor sie in größere Modelle übertragen werden.

In Mini-eVee getestete Technologien

• Designstudie mit kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) durch Towpreg-Technologie
• Allradantrieb (4WD) mit vier radnahen Motoren und Torque-Vectoring
• Individuelle Allradlenkung für kleinere Wendekreise und verbesserte Agilität
• Integrierter Push-Rod-Mechanismus für optimierte Platzverhältnisse und Stabilität
• Zukünftige E/E-Architektur mit Web-basiertem Interface und Car-to-X Kommunikation

Leichtbau ist ein sehr wichtiger Bestandteil für die nachhaltige Mobilität der Zukunft. Der Energiebedarf von Fahrzeugen kann so gesenkt werden. Allerdings emittierenherkömmliche Leichtbaumaterialien wie glasfaser- und kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (GFK und CFK) sowie Aluminium bei ihrer Herstellung nicht unerhebliche Mengen an CO₂. Außerdem ist ihr Recycling zwar technisch möglich, aber wirtschaftlich herausfordernd.

Um einen nachhaltigen Leichtbau zu ermöglichen, stehen daher Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) aktuell im Fokus der Faserverbundforschung. 

Die Herstellung von NFK birgt jedoch noch einige Herausforderungen hinsichtlich der Qualität des Komposits. Am Institut für Flugzeugbau IFB der Universität Stuttgart wurde eine neuartige Fertigungstechnik entwickelt, um hochwertiges NFK  herzustellen. 

<meta charset="UTF-8" />Wasserstoffdrucktanks werden in Fahrzeugen extremen Speicherdrücken von bis zu 700 bar ausgesetzt, erfüllen jedoch keine zusätzliche lasttragende Funktion. Wir entwickeln bauraumangepasste Wasserstoff-Druckspeicher, die möglichst viel Wasserstoff speichern und zugleich als Versteifungselemente in der Fahrzeugstruktur dienen. Dazu werden Metal Organic Frameworks (MOFs) in den Tanks eingesetzt. Diese mikroporösen Materialien binden den Wasserstoff wie ein Schwamm und senken den Betriebsdruck im Behälter.

Unsere Lösung

• Lasttragende Strukturintegration der Wasserstoffspeicher in die Fahrzeugstruktur
• Nutzung von Metal Organic Frameworks (MOFs) zur Stabilisierung und Drucksenkung
• Bauraumangepasste Tankgeometrien durch formadaptive Linerstrukturen (Liner = Kunststoff-Innenhüllen der Tanks)
• Herstellung der Liner mittels additiver Fertigungstechnologien

Nutzen

• Erhöhtes Leichtbaupotenzial durch die Nutzung von Versteifungselementen
• Optimale Platzausnutzung im Fahrzeug dank flexibler Tankformen
• Effiziente Wasserstoffspeicherung bei reduziertem Betriebsdruck
• Branchenübergreifende Anwendbarkeit, nicht nur im Automobiksektor