Ressourceneffizienz durch innovative Leichtbaumaterialien und smarte Produktionstechniken

Die Partner im Kooperationsnetzwerk Norlin (Northern Lightweight Design Network) entwickeln gemeinsam zukunftsweisende Leichtbauprodukte und rüsten sich für die zukünftig steigenden Anforderungen an material-, energie- und kosteneffiziente Produkte. Norlin setzt neben hocheffizienten Materialien auf hybride Ansätze und kombiniert konventionelle Fertigungstechniken mit innovativen Schlüsseltechnologien. Die spezifischen Vorteile von Metallen, Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen werden optimal ausgenutzt, wodurch völlig neue Gestaltungs- und Fertigungsmöglichkeiten entstehen. Aufgrund der erfolgreichen Netzwerkarbeit und der Vielzahl an umgesetzten Innovationsprojekten wurde Norlin kürzlich im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) als Erfolgsbeispiel für Kooperationsnetzwerke ausgezeichnet. Mit dem ZIM-Programm fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) die Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit von mittelständischen Unternehmen in Deutschland.

Durch innovative Leichtbaumaterialien ergibt sich beispielsweise in Flugzeugen ein Einsparpotential von mehreren Tonnen Gewicht. Aluminiumhalterungen, die im bisherigen Herstellungsverfahren materialintensiv gefräst wurden, können durch bionisch optimierte Bauteile ersetzt werden. Diese werden im 3D-Druck-Verfahren z.B. aus Titanpulver gefertigt, wiegen bis zu 50% weniger und sind gleichzeitig deutlich materialeffizienter. Im Projekt "Hybrid Bracket“ wird diese Thematik aufgenommen und weiterentwickelt, indem unterschiedliche Leichtbaumaterialien und innovative Fertigungsverfahren zur Herstellung von Halteelementen so kombiniert werden, dass gewichtsoptimierte und gleichzeitig kostengünstige Bauteile entstehen.

Im Maschinenbau führen leichtere Materialien zu einer Reduktion der zu bewegenden Massen, was kleinere Antriebe und eine Auslegung auf geringere Kräfte zur Folge hat. Die daraus resultierenden Vorteile sind eine höhere Genauigkeit bei höherer Geschwindigkeit. Durch die steigenden Anforderungen an die Bauteile erhöhen sich gleichzeitig auch die Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe. Im Projekt „LHASa“ wird angestrebt, Industriebauteile aus hochfesten Aluminiumlegierungen durch Laserstrahlschmelzen herzustellen. Dadurch kann neben neuen Gestaltungsfreiheiten eine Gewichtsreduktion von bis zu 30% gegenüber konventionellen gefertigten Bauteilen erzielt werden. Da sowohl vorhandene Legierungen als auch bestehende Fertigungsprozesse nicht für die Umsetzung geeignet waren, musste die gesamte Prozesskette – vom Material über die Fertigung bis zum Produkt – neu definiert und entwickelt werden.

Die derzeit größte Restriktion der E-Mobilität ist die Reichweite der Fahrzeuge. Mit einer Reduzierung des Gesamtgewichts durch Leichtbaumaterialen kann ein entscheidender Teil zur benötigten Effizienzsteigerung beigetragen werden. Die Hybridbauweise in Automobil-Karosserien bietet die Möglichkeit, Faserverbund- und Metall-Karosseriebleche zu fügen und somit Gewicht einzusparen. Das Fehlen von leistungsfähigen und serientauglichen Fügeverfahren ist derzeit jedoch ein Hemmnis. Im Projekt „SOfIA“ wird ein neuartiges Verfahren entwickelt, um Organobleche während des Umformprozesses zur Herstellung der Bauteilgeometrie mit speziellen Schweißpatches zu bestücken und anschließend mittels klassischen Punktschweißverfahren an metallische Bauteile anzuschweißen. So können Leichtbau-optimierte Bauteile einfach in den vorhandenen Fertigungsprozess integriert werden.

Auch in der Medizintechnik sind leichte Materialien entscheidend. Durch Leichtbauprothesen werden Menschen in ihrem alltäglichen Leben unterstützt. Sie bieten Bewegungsfreiheit bei minimalem Gewicht. Implantate und medizinische Geräte können mit neuen Methoden aufgebaut werden, sodass eine optimierte Individualisierung sowie erhöhte Lebensdauer erreicht werden kann. Im Projekt „PolyTitan“ wird eine spezielle Oberflächenmodifizierung von Titan und Titan-Legierungen entwickelt. Zusammen mit einem neuen Beschichtungsverfahren soll eine besonders starke und hochfeste Titan-Polymer Verbindungen realisiert werden, welche zukünftig bei Implantaten eingesetzt werden kann.

In der Seeschifffahrt stellt der Bewuchs von Schiffsrümpfen ein weltweites ökonomisches wie auch ökologisches Problem dar. Die eingesetzten Antifouling-Beschichtungen enthalten giftige Substanzen und haben weitreichende negative Auswirkungen auf die Umwelt und das Ökosystem. Durch die Entwicklung eines biozid-freien, mechanisch belastbaren Antifouling-Beschichtungssystem wirkt das Projekt „Cleaner Ocean Coating“ diesem Problem entgegen und verhindert gleichzeitig den Bewuchs mit aquatischen Organismen weitestgehend. Durch die Minimierung des Bewuchses bleibt der Strömungswiderstand dauerhaft sehr gering, wodurch bis zu 40% Treibstoff eingespart werden kann. Durch die innovative, nichtabtragende Beschichtung ergibt ich eine hohe Langlebigkeit, wodurch eine optimierte Ressourceneffizienz erzielt werden kann.

Norlin wurde 2012 mit dem Ziel gegründet, eine Systemkompetenz im Bereich Leichtbaumaterialien in Norddeutschland aufzubauen. Im Laufe der Jahre hat die Themenvielfalt stark zugenommen, so dass heute bereits fast 40 Netzwerkpartner aus dem gesamten Bundesgebiet dem Netzwerk angehören. Das Netzwerkmanagement hat die IWS Innovations- und Wissensstrategien GmbH aus Hamburg übernommen. Durch gezielte Impulse, den Zugang zu technologischer Spitzenforschung und einer branchenübergreifenden Zusammenarbeit wird es den Partnern ermöglicht, in Forschungs- und Entwicklungsprojekten innovative Hightech-Materialien sowie neuartige Fertigungstechnologien zu entwickeln. Bisher wurden bereits 14 innovative Projekte über das Netzwerk umgesetzt und fast 50 Einzelanträge bewilligt. Die enge Vernetzung der Netzwerkpartner ermöglicht die Nutzung von Synergien bei der Technologieentwicklung. Gemeinsam rüsten sich die Partner für die zukünftig steigenden Anforderungen an material- und energieeffizienten Produkten und sichern sich damit Wettbewerbsvorteile.

Ebenso vielfältig wie die Netzwerkpartnerstruktur gestaltet sich auch der Markt. Der weltweit wachsende Bedarf an ressourceneffizienten Leichtbauprodukten ist besonders in Anwendungsbereichen der Luftfahrtindustrie, dem Maschinenbau, dem Windkraftanlagenbau, der Automobilindustrie und der Medizintechnik zu spüren. Durch die Entwicklung innovativer Leichtbaulösungen hat sich Norlin als wettbewerbsfähiger und anwendungsnaher Herstellerverbund etabliert.

Sprechen Sie uns auch gern auf dem Innovationsforum Bre3D – Bremer Award für 3D-Druck an, das am 26.06.2018 im BITZ Bremen (Fahrenheitstr. 1, 28359 Bremen) stattfindet.

Mehr Informationen erhalten Sie unter www.iws-nord.de oder www.norlin.info.