7. Dezember 2018

7. Dresdner Werkstoffsymposium – ein Rückblick

Am 6. und 7. Dezember 2018 begrüßte das Institut für Werkstoffwissenschaft (IfWW) der TU Dresden nahezu 100 Gäste im Hotel Westin Bellevue Dresden zum 7. Dresdner Werkstoffsymposium 2018. Das Werkstoffsymposium, das es bereits seit 2010 gibt und dessen Schirmherr der Institutsleiter des IfWW, Prof. Leyens, ist, gastiert mittlerweile als fester Platz im Terminkalender der Teilnehmenden. Man kennt sich. Trifft sich. Tauscht sich in inspirierter Atmosphäre angenehmer Größe über die neuesten Trends und Innovationen in der Materialwissenschaft aus. Ein „Familientreffen“ quasi – nicht zu klein und nicht zu groß – auf hochwissenschaftlichem Niveau, dennoch stets praxisnah, sodass immer namhafte Unternehmen von ihren Herausforderungen mit Werkstoffen in der Alltagsroutine und ihren Produktionsprozessen der Zukunft berichten. Die Wissenschaftsgemeinschaft hört dabei genau hin. Denn dies ist die eine Inspirationsquelle, die es in ihren kreativen Forschungsalltag zu integrieren gilt und wo Lösungen mit Zukunft angeboten werden wollen und müssen.

Hier nun eine Rückschau auf ausgewählte Vorträge. Für Sie als Leser oder Leserin vielleicht ein Anlass, beim nächsten Mal mit dabei zu sein. 2020, wenn dann nunmehr zum achten Mal das IfWW in Organisation Frau Dr. Vetter zum Dresdner Werkstoffsymposium einlädt und Prof. Christoph Leyens die Referenten und Gäste aufs herzlichste Willkommen heißt.

 

Die Eröffnung 2018

Das Motto beim 7. Dresdner Werkstoffsymposium konnte treffender nicht sein: „Werkstoffe für die industrielle Fertigung“ stand oben auf der Agenda, denn die industriellen Herausforderungen – man denke nur an Eletromobilität, Digitalisierung, Robotik, künstliche Intelligenz oder Big Data – sind gar viele.

Prof. Leyens verdeutlichte zur Eröffnung anschaulichen, warum Werkstoffe heute mehr denn je in ihrer Bedeutung zunehmen. Mit jeder neuen Smartphone-Generation liefern die Hersteller mehr Möglichkeiten für die Nutzer, so Leyens. Damit einher wächst jedesmal die Komplexität ihrer Herstellung. Mit mehr als 75 Komponenten pro Mobiltelefon steigen die Anforderungen sowohl an die Werkstoffe und Werkstoffkombinationen an sich als auch an geeignete Materialen  zu deren Integration. Werkstoffforschung und die schnelle Überführung in die Anwendung sind daher mehr denn je ein Marktfaktor und internationaler Innovationstreiber. Das IfWW und die exzellente Dresdner Wissenschaftsgemeinschaft bedienen dieses Zukunftsfeld idealer Weise in Forschung und Lehre.

 

Auf ein Grußwort
Prof. Ralph Stelzer, Dekan der Fakultät Maschinenwesen, TU Dresden

Das Maschinenwesen ist heute mehr denn je vernetzt – sensorisch wie aktuatorisch. Dieser Wandel erscheint jedoch allzuoft als Worthülse. Ein Leerwort, das nicht die Realitäten wiederspiegelt. Die Stärke der TU Dresden lag und liegt immer schon darin, neue Trends aufzunehmen, ohne lang gehegte Traditionen zu vernachlässigen. Während andere Technische Universitäten mit bis zu einem Drittel Rückgang an Studierenden kämpfen, unterliegt die TU Dresden unter anderem durch das Beibehalten des Diploms diesem Trend nicht. Wir sehen also: Im Maschinenwesen verhält es sich ganz ähnlich wie in der Werkstoffforschung. Innovation und Tradition müssen sinnvoll Hand in Hand gehen, um zukunftsfähig zu sein und es zu bleiben.

 

Die Bedeutung der Industrie 4.0 für die Werkstoffproduktion
Prof. Harald Peters, VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH

Herr Prof. Peters beschreibt, dass Digitalisierung keine Technologie ist, sondern ein Paradigmenwechsel, mit dem sich auch traditionelle Branchen wie die Stahlindustrie auseinandersetzen müssen. Herr Peters stellt einige konkrete Anwendungen dar, wie Methoden der Datensammlung und -auswertung beispielsweise bei der Qualitätssicherung in der Flachbandherstellung genutzt werden können. Big Data- und Deep-Learning-Ansätze ermöglichen hier insbesondere eine schnellere Auswertung der Daten und damit eine effizientere Fehlersuche.

 

Werkstofftechnische Herausforderungen beim automatisierten Fügen von Faserverbundkunststoffen in der Automobilindustrie
Dr. Fabian Fischer, BMW Group München

Herr Dr. Fischer brachte die Herausforderungen zum Ausdruck, die durch den Einsatz neuer Verbundwerkstoffe sowie deren Anbindung an etablierte metallische Komponenten entstehen. Neue Fügetechniken erweisen sich dabei als Schlüssel. Sie setzen jedoch einen standardisierten Prozess voraus, um in der Serienfertigung höchsten Qualitätsansprüchen zu genügen. Hierbei spielt die zerstörungsfreie Inline-Überwachung zur Bewertung und Steuerung der Prozesse eine zentrale Rolle.

 

Innovative Werkstoffe für Hochenergiebatterien
Dr. Susann Dörfler, Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Frau Dr. Dörfler gab eine kurze Einführung über den aktuellen Stand der Batteriezellforschung am Fraunhofer IWS. Das IWS fokussiert sich auf Lithium-Schwefel-Batterien und die Skalierung der Zellkonzepte von Knopf- auf Pouchzellen. Hohe Energiedichten stehen dabei besonders bei Luft- und Raumfahrtanwendungen, etwa in der Verwendung von Drohnen, sowie der Automobilindustrie im Mittelpunkt. Frau Dörfel veranschaulichte beispielsweise, wie die medikamentöse Versorgung ländlicher Regionen per Drohnen mit innovativer Batterietechnologie gedeckt und gesteuert werden könnte. Aber auch das Identifizieren von Haien an der Küste eröffnet mti dieser Technologie ein neues Forschungsfeld im Beriech der nicht-militärische Anwendung.

Die Motivation, möglichst hohe Energiedichten auf engstem Raum zu erreichen, steht bei allen Entwicklungslinien der Batterieforschung im Fokus. Dies gelingt einerseits durch angepasste Silizium-Werkstoffe auf Anodenseite, andererseits eben mit „Next-Generation“-Batteriekonzepte wie die Lithium-Schwefel-Batterie.

 

Metallische Verbundwerkstoffe mit funktionellen Eigenschaften
Dr. Thomas Weißgärber, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Institutsteil Dresden

In zahlreichen Anwendungsfeldern der Automobil-, Energie- und Medizintechnik erfüllen monolithische Werkstoffe die Anforderungen nicht mehr in vollem Umfang. Verbundwerkstoffe offerieren hier eine große Variationsbreite und Funktionsvielfalt. Herr  Dr. Weißgärber bot einen Überblick über verschiedene metallbasierte Verbundwerkstoffe, die beispielsweise für die Kraftwerkstechnik (Kernfusion), Elektronikkühlung oder den tribologischen Einsatz prädestiniert sind.

 

Hochschmelzende Metalle – Eigenschaften und Anwendungen in Schlüsseltechnologien
Dr. Arno Plankensteiner, Plansee SE

Herr Dr. Plankensteiner begann seinen Vortrag mit einem aufschlussreichen Überblick über die historische Entwicklung der Metalle als Konstruktionswerkstoffe. Trotz eines graduellen Rückgangs sind Metalle in zahlreichen technischen Anwendung immer noch die wichtigste Werkstoffgruppe. Neue Methoden der Werkstoffentwicklung wie Nano-Twinning, Korngrößen- und Oberflächenoptimierung helfen bestehende Nachteile wie Korrosionsanfälligkeit gezielt zu überwinden. Dies ermöglicht Plansee SE, in zahlreichen Anwendungen einzigartige Lösungen anzubieten, sei es als weltgrößter Hersteller von Röntgenquellen oder als Lieferant von Balance-Instrumenten für Vibrationsalarme im Smartphone.

 

Industrielle additive Fertigung – Werkstoffherausforderungen und Chancen
Andreas Stapelmann, thyssenkrupp TechCenter Additive Fertigung

Herr Stapelmann zeigte wie thyssenkrupp die additive Fertigung vom Prototypenstadium in eine Serienfertigung auf industriellem Niveau hebt und wie sie dabei Qualität und Reproduzierbarkeit garantieren. Am Beispiel eines hydraulischen Ventilblocks für die Schifffahrt erläuterte Herr Stapelmann, welche Zertifizierungsanforderungen gerade an additiv gefertigte Bauteile gestellt werden und welche Herausforderungen bei den Fertigungsabläufen, Material- und Produktanforderungen in der industriellen Serienfertigung bestehen. Soviel ist sicher: Additive Fertigung auf industriellem Qualitätsniveau ist nicht trivial. Eine spannende Zeit in punkto Weiterentwicklung bleibt sicher.

 

Additive Fertigung von filigranen Bauteilen bis zu großen Strukturen
Prof. Christoph Leyens, Institut für Werkstoffwissenschaft IfWW, TU Dresden und Fraunhofer IWS

Prof. Leyens nahm in seinem Vortrag die Teilnehmer auf eine Reise durch die enorme Bandbreite der additiven Fertigung mit. Von wenigen Mikrometern bis zu metergroßen Bauteilen können heute selbst unglaublich komplexe Geometrien digital gedruckt werden. Bei kleinen Bauteilen liegt die Hausforderung in den filigranen Strukturen und hohen Genauigkeitsanforderungen. Bei den Großbauteilen steht eher die Prozessproduktivität der additiven Fertigung im Vordergrund. Unabhängig von der Größe  spielt die direkte Funktionsintegration in die Systemkomponenten eine essentielle  Rolle.

Herr Leyens stellte außerdem das Additive Manufacturing Center Dresden (AMCD) vor, das europaweit größte AM-Forschungszentrum, das vom Fraunhofer IWS und der TU Dresden gemeinsam betrieben wird. Das Zentrum forscht an Werkstoffen und Technologien von additiv gefertigten Bauteilen, die entweder in Losgröße eins oder in kleiner bis mittlerer Serien in die industrielle Produktion gebracht werden sollen.

 

Herausforderungen in Fertigung und Anwendung an Werkstoffen für Hochstromsteckverbinder und Kontaktelemente
Tom Kufner, Stäubli Elektrical Connectors AG

Hochstromsteckverbinder sind hochbeanspruchte Bauteile – elektrisch, thermisch, mechanisch sowie tribologisch. Daher bestimmen im Wesentlichen die Materialauswahl und die Verarbeitungsprozesse die Betriebsdauer der Steckverbinder, insbesondere der Kontaktelemente. Her Kufner erläuterte in mehreren Beispielen, wie ungeeignete Fertigungsschritte oder falsche Materialauswahl zum frühen Versagen des Bauteils im Einsatz führen und somit die Lebensdauergarantie nicht erfüllen.

 

Konstruktion für additive Fertigung mittels Strahlschmelzen
Prof. Ingolf Voigt, Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS

Prof. Voigt führte in die Membrantechnologie zur Aufbereitung von Gasgemischen ein, denn sie bieten eine echte Alternative zu den gängigen thermischen Verfahren. Um stabile und selektive Membranen mit hoher Permeanz herzustellen, braucht es anorganische Materialien beispielsweise Zeolithe, Kohlenstoffe und Perowskite. Mit Zeolithmembranen lassen sich Lösemittel entwässern. Mit Kohlenstoffmembranen gelingt die Abtrennung von Wasserstoff aus Gemischen mit Kohlenwasserstoffen. Perowskitmembranen eignen sich zur Sauerstoffabtrennung aus der Luft. Koppelt man die Membranabtrennung mit chemischen Reaktionen, entstehen Membranreaktoren. Solche Membranreaktoren helfen den Umsatz und die Ausbeute von Reaktionen zu erhöhen. Außerdem können auf diese Weise auch kurzlebige Zwischenprodukte abgetrennt werden. – Alles in allem ein hoch spannendes Forschungsfeld mit viel Potenzial.

 

Keramische Membrene für eine sichere und effiziente Wasseraufbereitung
Armin Pabstmann, Rauschert Kloster Veilsdorf GmbH

Herr Pabstmann ging in seiner Präsentation auf die Grenzen der Polymermembranen ein und zeigte auf, wie keramische Membranen diese Grenzen überwinden können. In der Mikro-, Ultra- und Nanofiltration werden solche keramischen Membranen, die hohen Temperaturen und aggressiven chemischen Bedingungen standhalten, bereits eingesetzt.

 

Herausforderungen bei der Industrialisierung der Hochtemperaturelektrolyse
Christian Geipel, Sunfire GmbH

Herr Geipel illustrierte, wie es Sunfire auf dem Weg zur Dekarbonisierung schafft, „grüne“ Kraftstoffe und Chemikalien, z. B. Wasserstoff und Synthesegas, mittels Dampfelektrolyse aus erneuerbarem Strom zu erzeugen. Denn dies brauchen Industrien wie Stahlwerke, Raffinerien oder die chemische Industrie mit ihrem hohen Energieverbrauch. Herr Geipel präsentierte den Teilnehmern Feldversuche, die neuesten Systeme in Anwendung und gab einen Ausblick auf zukunftsnahe Visionen der Sunfire GmbH.

 

Entwicklung von Hochmodulglasfasern im System
Dr. Maik Peschel, Muawia Dafir

Herr Dr. Peschel führte die Teilnehmenden in die Glasfaserentwicklung ein. Er zeigte die Eigenschaften, Charakterisierungsmöglichkeiten und Ziehfähigkeit von Hochmodul-Glasfasern auf und welches Potenzial die Glasfaserweiterentwicklung zu Verbesserung der textilphysikalischen Eigenschaften bietet. Denn damit können leichtere Verbundbauteile entwickelt werden, die im Leicht-, Automobil- und Flugzeugbau Anwendung finden. In diesen Industrien tragen Glasfasern zur Produktionskostensenkung, Vereinfachung der Bauteilherstellung und zum achtsameren Umgang mit der Umwelt bei.

 

Anforderungen an Werkstoffe in der Halbleitertechnik
Dr. Jakob Kriz, Infineon Technologies Dresden GmbH

Immer kleiner werden die Bauteile in der Halbleiterindustrie. Und doch integrieren die Bauteile immer mehr Funktionen – auch mechanische. Dies stellt enorme Anforderungen an die verarbeiteten Werkstoffe gerade auch, weil die unterschiedlichen Temperaturanforderungen der Halbleiterbauelemente berücksichtigt werden müssen. Herr Dr. Kriz ging in seinem Vortrag besonders auf die Anforderungen an elektrische Leiter und Isolatoren bei Infineon ein und demonstrierte verschiedene Prozesslinien, um Herstellung und Materialeigenschaften zu optimieren.

 

Selbst wenn 2019 das Werkstoffsymposium pausiert, dreht sich im nächsten Jahr vieles in Dresden um Werkstoffe. Und zwar insbesondere auf der WerkstoffWoche vom 18. bis 20. September 2019. Auch der MFD mit seinen Mitgliedern wird auf der Konferenz und Messe vertreten sein und Besonderes für sie bereit halten. Seien Sie herzlich eingeladen, uns auf der WerkstoffWoche zu besuchen.

 

Foto ©Stephan Sadowski/TU Dresden-IfWW: Grußwort von Prof. Stelzer, Dekan der Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden, zum 7. Dresdner Werkstoffsymposium 2018.

Mehr Impressionen zum Werkstoffsymposium 2018 sehen Sie in dieser Bildergalerie.

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