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Neue Materialien für die Industrie

Neue Materialien sind wesentlich für Innovationen im produzierenden Bereich: Schätzungen gehen davon aus, dass bis zu 70% aller neuen Erzeugnisse auf innovativen Werkstoffen basieren.

Aus diesem Grund sind „Smarte und neue Materialien“ auch eines der Schwerpunkt-Themen im Interreg-CE-Projekt CEUP 2030, bei dem die Plattform Industrie 4.0 als Projektpartner involviert ist. Das Ziel des Projekts: Verschiedene Organisationen aus Wissenschaft, Wirtschaft und Verwaltung in Zentraleuropa vernetzen und den Austausch zu relevanten Technologien rund um Industrie 4.0 ermöglichen.

Aktuell veranstaltet die Plattform im Rahmen des Projekts so genannte „Tech Trend Dialogues“ – diese sollen einen Einblick in die ausgewählten Technologien bieten. Im April 2021 fand der erste Tech Trend Dialogue statt, bei dem unterschiedliche Innovationen & Initiativen rund um das Thema Materialien im Fokus standen.

Lichtdurchlässiges Holz aus Salzburg

Eine zentrale Anlaufstelle für neue Materialien ist das „Salzburg Center for Smart Materials“ (SCSM). Dort arbeiten ForscherInnen aus den Bereichen Materialforschung, Holztechnologie und Human-Computer Interaction interdisziplinär an der Entwicklung neuer Materialien auf Basis biogener Ressourcen und an deren Einsatz. Bei letzterem spielen aus dem Bereich Industrie 4.0 bekannte Technologien (z.B. Sensorik) eine wichtige Rolle. Im Vortrag von Prof. Nicola Hüsing, Prof. Alexander Petutschnigg und Prof. Manfred Tscheligi standen die diversen Aktivitäten rund um das SCSM im Mittelpunkt.

So wird beispielsweise an der Funktionalisierung von Holz gearbeitet: Mit Hilfe natürlicher Stoffe (z.B. Tannin) und mit funktionalen chemischen Strukturen kann Holz elektrisch leitfähig oder magnetisch gemacht werden. Auch an transluzentem (lichtdurchlässigem) Holz wird geforscht, welches z.B. bei Verkleidungen in der Automobilindustrie bereits eingesetzt wird. Smarte Materialien benötigen erweiterte Design-Prozesse und Tools (z.B. CAD), insbesondere rund um die Interaktion zwischen Menschen und dem Material. Wichtig beim Einsatz smarter Materialien ist auch die Berücksichtigung ökologischer Aspekte, z.B. in Bezug auf Verrottbarkeit und Rezyklierbarkeit.

Sensorik ohne Elektronik aus Kärnten

Das „Carinthia Institute for Smart Materials and Manufacturing Technologies“ (CISMAT) ist ein kürzlich gegründetes Forschungszentrum im Süden Österreichs und Teil der FH Kärnten. Am CISMAT wird in Zusammenarbeit mit lokalen und internationalen Unternehmen an Industrie 4.0-relevanten Themen geforscht. In seinem Input gab Prof. Pascal Nicolay Einblicke in das Institut.

Vier Forschungsgruppen existieren am CISMAT. Diese beschäftigen sich mit den Themen „Smarte Materialien und Strukturen“, „3D-gedruckte Faserverbundwerkstoffe“, „Agile Fertigung“ und „Sensorintegration in mechatronischen Systemen“. Unter anderem wird an einer Sensorik-Technologie gearbeitet, die ohne Elektronik auskommt und somit z.B. Druckmessungen über einen Zeitraum von 50 Jahren ermöglicht. Außerdem arbeitet man an einem Metamaterial im Bereich der Akustik, das Vibrationen und Schall in extremen Bedingungen dämpft, während es gleichzeitig durch die innovative Struktur vergleichsmäßig dünn ist.

Variierende Steifigkeit aus der Steiermark

Das „Polymer Competence Center Leoben“ (PCCL) ist ein renommiertes Forschungszentrum in Leoben, das sich auf Kunststofftechnik und Polymerwissenschaften spezialisiert. Am PCCL forscht auch Mathias Fleisch. Im Rahmen seiner Forschung gelang es ihm ein neues Metamaterial zu entwickeln, dessen Steifigkeit in unterschiedliche Richtungen variiert werden kann. Was das bedeutet und wie die Industrie davon profitieren kann erläuterte Hr. Fleisch in seinem Input.

Als Metamaterialien bezeichnet man künstliche Strukturen mit besonderen Eigenschaften, die definiert und variiert werden können. Im Falle des vom PCCL entwickelten, mechanischen Metamaterials kann dessen Steifigkeit an jedem Punkt des Materials, flexibel und unabhängig von den anderen Punkten angepasst werden.

Dadurch ergeben sich neue, unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten, z.B. wenn im Maschinenbau ein Material benötigt wird, das nur in eine Richtung steif ist und in die andere Richtung dämpft. Für das neue Material wurden bereits ein Patent und eine Publikation eingereicht – für industrielle Umsetzungsprojekte steht das PCCL bereit.


Metamaterialien kurz erklärt

(Un)mögliche Betonmischungen aus Oberösterreich

Beton gilt als wichtigster Baustoff der Welt und verursacht 8% der menschlichen CO2-Emissionen. Dementsprechend groß ist auch der Hebel für neue Materialien rund um den Rohstoff. Damit beschäftigt sich das oberösterreichische Unternehmen Mixteresting, das von Franz Haller und Prof. Hermann Schichl vorgestellt wurde.

Ziel von Mixtertesting ist es, effizientere Betonmischungen zu finden und deren Entwicklung zu beschleunigen. Mit der Hilfe mathematischer Modelle stellt das Unternehmen eine Software her, mit der verschiedene Betonmischungen simuliert und optimiert werden können – das System lernt dabei aus Misserfolgen und Experimenten und schlägt Designs für neuartige Mischungen vor.

Durch diese Vorgehensweise können nicht nur Stehzeiten minimiert und Entwicklungskosten eingespart werden, es werden auch Mischungen von der Software kreiert, die normalerweise nicht oder nur schwer entdeckt werden würden. So wurden z.B. bereits ein leichter und gleichzeitig fester Holzfaserbeton und ein hochwertiger Beton aus Abbruchmaterial hergestellt. Außerdem versucht man Betoneigenschaften zu kombinieren, die sich grundsätzlich widersprechen – z.B. ein mit Luftporen durchzogener ultrahochfester Beton (UHPC).

Kooperationen mit der Industrie und weitere Tech Trend Dialogues

Für die spannenden Einblicke bedanken wir uns bei allen Vortragenden!

An dieser Stelle möchten wir darauf hinweisen, dass sämtliche Vortragende immer wieder nach Kooperationspartnern aus der Industrie suchen. Sollten Sie Interesse an einer Vernetzung mit den Vortragenden haben, kontaktieren Sie uns gerne!

Wir freuen uns bereits auf die nächsten „Tech Trend Dialogues“:

Sollten Sie Informationen zum Projekt CEUP 2030 oder zu den spezifischen Vorträgen benötigen bzw. sollten Sie Interesse an der Teilnahme an den oben genannten und zukünftigen Veranstaltungen haben, dann kontaktieren Sie gerne michael.fellner@plattformindustrie40.at.

Photo by Jon Moore on Unsplash

Michael Fellner