Unsere Forschungsbereiche Erforschung von Kunststoffverarbeitungsverfahren und Werkstoffarten

Im Bereich der Additiven Fertigung setzen wir uns mit innovativen und anwendungsnahen Konzepten auseinander. Dies erstreckt sich von der Entwicklung von Materialien für die Additive Fertigung auch mit Fertigungskonzepten, Slicing-Strategien sowie Verfahrens- und Anlagenentwicklung sowie deren Weiterentwicklung. Zu den Meilensteinen in der IKV-Historie zählen neben der Entwicklung von hybriden Fertigungszellen mit selbstausgelegten Extruderköpfen für die Fertigung großvolumiger Formteile und Verarbeitung von Standardgranulaten, auch die Entwicklung der nichtplanaren Bahnplanung. Mit dieser Technologie können 3D-Formteile lastpfadoptimiert hergestellt und Oberflächenrauigkeiten, wie sie bei der klassischen Additiven Fertigung in Folge des Stufeneffekts entstehen, verringert und vermieden werden.

Der Forschungsbereich faserverstärkte Kunststoffe (FVK) betrachtet Prozesse und Prozessketten für thermoplastische und duroplastische FVK. Das beinhaltet Flüssigimprägnierverfahren wie RTM und Nasspressen, die Herstellung und Umformung von UD-Tapes und Organoblechen, die kontinuierliche Rovingverarbeitung (Pultrusion und Wickeln), das Fließpressen langfaserverstärkter Pressmassen und das Spritzgießen kurz- und langfaserverstärkter Thermoplaste und Duroplaste. Zur Prozessgestaltung und Prozessüberwachung werden neue Möglichkeiten zur Prozessdatenerhebung, Digitalisierung, Simulation und Modellierung entwickelt und validiert. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung und Charakterisierung von faserverstärkten Werkstoffen und Bauteilen. Aktuelle Themen sind die Übertragung von Leichtbaustrategien in die Massenproduktion, die Entwicklung von Bauteilen und Fertigungsprozessen für Wasserstofftechnologien, die Entwicklung von recyclingfähigen FVK-Materialien und die Verwendung von Recyclingmaterialien für FVK.

Im Forschungsbereich Kautschuktechnologie steht die Kautschukverarbeitung unter dem Aspekt der Verfahrenstechnik im Mittelpunkt. Kernthemen sind Untersuchung, Gestaltung und Optimierung der Verfahrensschritte in der Kautschukwertschöpfungskette mit Auslegung von Elastomerbauteilen, Compoundieren und Mischen, sowie Kautschukextrusion und Elastomerspritzgießen. Dazu entwickelt das IKV neue Methoden zur schnellen Bestimmung und zur In-line-Messung wichtiger Verarbeitungsparameter zur direkten Prozessteuerung und Regelung und für die Prozessauslegung. Modellierungen und Verfahren des Machine Learnings werden genutzt und weiterentwickelt, um digitale Tools für Compoundherstellung und Prozesssteuerung zur Verfügung zu stellen.

Die Entkopplung der Oberflächeneigenschaften von den Volumeneigenschaften eines Produktes mithilfe der Plasmatechnologie eröffnet Kunststoffen völlig neue Anwendungsspektren und -perspektiven in den Bereichen Automotive, Verpackung, Medizin-, Agrar- und Elektrotechnik sowie im Bausektor. Die plasmabasierte Funktionalisierung von Kunststoffoberflächen wird genutzt, um Adhäsion, Benetzbarkeit, Barrierewirkung, Verklebbarkeit, Kratzfestigkeit und tribologische Eigenschaften einzustellen. Die Forschungsschwerpunkte am IKV umfassen die Entwicklung von Schichtsystemen mit definierter Funktionalität, die Adaption der Prozesse auf vorgegebene Beschichtungsgüter, die Entwicklung und Umsetzung geeigneter Anlagenkonzepte, die Kontrolle und Überwachung von Plasmaprozessen, sowie die Oberflächen- und Prozessanalytik.

Sehr aktuell spielt die Plasmatechnologie eine zentrale Rolle im Kontext einer funktionierenden Kunststoffkreislaufwirtschaft, indem plasmabasierte Barrieresysteme Multimaterial- und Verbundsysteme insbesondere im Verpackungsbereich substituieren und Migrationsprozesse aus Produkten mit Rezyklatanteilen unterbinden.

Der Forschungsbereich Strukturberechnung beschäftigt sich mit Methoden zur Dimensionierung von Bauteilen im Zusammenspiel aus Werkstoff, Prozess und Geometrie und entwickelt dazu Materialmodelle, Struktursimulationen, Prozesssimulationen und integrative Simulationsketten. Untersucht werden Zusammenhänge zwischen Morphologie und mechanischen Eigenschaften, die ein besseres Verständnis der verarbeitungsbedingten Materialeigenschaften und eine aufwandsoptimierte Charakterisierung des Langzeit- und Schädigungsverhaltens von Bauteilen ermöglichen. So können Iterationen und Prototypenversuche deutlich zu reduziert, die technische Machbarkeit und Leistungsfähigkeit neuer Produkte und Verfahren bereits im Vorfeld zu bewertet und das Werkstoffpotenzial der Kunststoffe optimal ausgeschöpft werden.

Im Forschungsbereich Werkstofftechnik geht es um die Charakterisierung und Modellierung des Werkstoffverhaltens von Kunststoffen zur Ableitung von Werkstoffkennwerten für die Prozess- und Bauteilauslegung. Für Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere, thermoplastische Elastomere sowie faserverstärkte Kunststoffe werden dazu die Wechselwirkungen der einzelnen Werkstoffbestandteile untereinander und physikalische Einflüsse der Verarbeitungsverfahren auf unterschiedlichen Ebenen betrachtet und durch Molekulardynamiksimulationen abgebildet.