Fraunhofer IKTS auf der Hannover-Messe 2018 Keramische Innovationen und zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

Die Experten vom Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) stellen im Rahmen der Hannover-Messe 2018 wieder ihre neuesten Ideen vor. Halle 5, Stand A26.

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Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)

Die sogenannte Wirbelstrommethode ist laut IKTS-Forschern ein elektromagnetisches Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung für metallische Werkstoffe, nicht sowie schwach leitfähige Materialien wie Kunststoffe oder auch Keramiktypen. In allen Bereichen des Leichtbaus könne diese Prüftechnik nützlich sein. Wirbelstromverfahren könnten dabei eine Schlüsselrolle in der Qualitätssicherung einnehmen, weil sie ohne Koppelmittel funktionierten, keine Anforderungen an den Strahlenschutz stellten und sich problemlos in industrielle Fertigungsprozesse integrieren ließen.

Neuer Helfer für den CFK-Leichtbau

Mit der Eddycus-Geräteplattform hat das IKTS, wie es heißt, nun ein System für den steigenden Bedarf im Leichtbau geschaffen, das auch Nachfragen nach wirbelstrombasierten Verfahren für die Qualitätssicherung in anderen Bereichen bedienen kann. Außer der Prüfung von carbonhaltigen Verbundwerkstoffen, Keramiken und Metallen, könne die Eddycus-Hochfrequenz-Wirbelstromtechnik auch die Aushärtereaktionen von Epoxidharzen überwachen.

Hochfrequenz-Know-how schafft klare Einsicht

Die Forschungsarbeiten der Gruppe „Wirbelstromverfahren“ am Fraunhofer IKTS konzentriere sich auf die Hochfrequenz-Wirbelstromtechnik und die abbildende Impedanzspektroskopie im Frequenzbereich von 100 kHz bis 100 MHz. Innerhalb dieses Frequenzspektrums könnten schwach elektrisch leitfähige Werkstoffklassen, wie Carbonfasern und deren Composite mithilfe einer bildgebenden Gelegeprüfung und Texturanalyse analysiert werden. Das Methoden-Know-how der Gruppe erstreckt sich über die gesamte Fertigungskette, von der Simulation über die Sensorik, Manipulation und Elektronik bis hin zum Gerätebau. Kundenanforderungen werden dabei stets in angepasste Mess- und Prüfsysteme überführt, wie es dazu heißt.

Keramik fügt sich neuen Methoden

Anspruchsvolle keramische Komponenten wurden, wie es von Seiten des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) heißt, bisher unter preisintensivem Werkzeugeinsatz spritzgegossen oder mit hohen Materialverlusten aus isostatisch gepressten Formkörpern gefertigt. Neue additive Fertigungsverfahren eröffneten nun aber einen völlig neuen Weg für die Fertigung von Keramikbauteilen. Mit ihrer Hilfe, heißt es, können Bauteile ohne zusätzliche Werkzeuge und mit sehr komplexen Geometrien hergestellt werden, die bisher mit keinem anderen formgebenden Verfahren erreichbar waren.

Den Spezialisten am Fraunhofer IKTS sei es nämlich damit gelungen, komplizierte Geometrien aus langzeitstabiler, temperatur-, verschleiß- und korrosionsbeständiger Keramik herzustellen. Mit dieser Alternativen Fertigungsmethode können Kleinserien für die Mikroreaktions- oder Gerätetechnik, Medizintechnik oder Schmuckindustrie schnell und wirtschaftlich realisiert werden, sagen die IKTS-Forscher.

Die Arbeiten konzentrierten sich aktuell auch darauf, Multimaterialkomponenten zu entwickeln, oder zusätzliche elektrische, sensorische oder fluidische Funktionen zu integrieren, womit sich ganz neuartige Eigenschaftskombinationen in Bauteilen implementieren lassen sollen.

Pionier für die Anwendung additiv arbeitender Verfahren

Bereits seit den 1990er Jahren nutzt und entwickelt das Fraunhofer IKTS additive Fertigungsverfahren für keramische Bauteile und gehörte 1998 zu den Gründungsmitgliedern der Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung. Heute steht das Fraunhofer IKTS für Komplettlösungen im Bereich der Additiven Fertigung von der Pulver- und Masseentwicklung, über die Auswahl der geeigneten Fertigungsmethode bis hin zur Funktionalisierung und Qualitätskontrolle neuartiger Bauteile und Systeme:

• Pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren: 3D-Pulverdruck, Selektives Lasersintern (SLS);

• Suspensionsbasierte additive Fertigungsverfahren: Lithographiebasierte Keramikfertigung (LCM), Laminated Object Manufacturing (LOM); Thermoplastischer 3D-Druck (T3DP), Fused Filament Fabrication (FFF)

• Funktionalisierung durch Applikationsverfahren: Inkjet-Druck, Aerosol-Druck, Siebdruck, Dispense-Jetting, Dioden-Lasersintern;

• Zerstörungsfreie Prüfmethoden zur Inline-Prozesskontrolle: Laser-Speckle-Photometrie (LSP), Optische Kohärenztomographie (OCT); Standardanalysemethoden: Ultraschallprüfung, Röntgen-Computertomographie, u. a..

Keramische Ideen klären Flüssigkeiten und Gase

Wasser ist Leben. Deshalb ist die Reinigung von Abwässern wichtig. Dabei helfen keramische Membranen aus den Laboren des Fraunhofer IKTS. Abwässer müssen effizient von Salzen, Farbpigmenten oder Pharmarückständen gereinigt werden, sagen die IKTS-Forscher. Das klappe mit keramischen Membranen. Das IKTS präsentiert deshalb membranbeschichtete Rohrgeometrien, mit denen Moleküle bis 200 Dalton (rund 332 × 10^-27 kg) abgetrennt werden könnten. Die durch das IKTS ausgerüsteten Pilotanlagen mit einer Membranfläche von hunderten von Quadratmetern demonstrieren dabei den wirtschaftlichen Praxiseinsatz dieser Idee.

Poröse Filtertechnik aus Keramik

Poröse Keramiken, so die IKTS-Experten können gezielt mit einer großen Variabilität in der Porenweite, Porengrößenverteilung und Anteilen von offener beziehungsweise geschlossener Porosität hergestellt werden. Anwendungen von porösen Keramiken liegen im Bereich der Trenntechnik/Filtration (etwa Entstaubung, Dieselpartikelfiltration, Flüssigfiltration), Schall- und Wärmedämmung, in der chemischen und thermischen Verfahrenstechnik (Katalysatorträger, Porenbrenner), Medizintechnik (zum Beispiel als Knochenersatz), sowie im Leichtbau, berichten die Forscher.

Variable Eigenschaften vom Nano- bis Millimetersystem

Das Fraunhofer IKTS entwickele über verschiedenste Verfahren poröse Keramiken mit Porenweiten vom Nanometer- bis Millimetermaßstab. Zelluläre Keramiken, wie offenzellige Schaumkeramiken, würden nach dem Replikaverfahren hergestellt, und zeichnen sich speziell durch hohe Porenvolumina sowie eine offene, frei zugängliche Porosität aus. Das macht sie, wie es heißt, zu exzellenten Tiefenfiltern, wie sie zum Beispiel in der Metallschmelzenfiltration benötigt werden, oder zu Trägern von Speichermaterialien und Katalysatoren. Im ähnlichen Porositätsbereich sind direkt geschäumte Keramiken zu finden, die sich sowohl offenzellig als auch geschlossenzellig ausführen lassen und damit über variable Wärme- und Schalldämmeigenschaften verfügen. Ergänzt werden die hochporösen Keramiken durch Kornkeramiken mit deutlich kleineren Poren und einer sehr engen Porengrößenverteilung. Diese entwickele man am IKTS außerdem auch als asymmetrische Filter oder Membranfilter, wobei die Porenstruktur kontinuierlich oder stufenweise variiert werden kann.

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