Leitthemen Übergeordnete Forschungsthemen von strategischer Bedeutung
Im großen Spektrum der Forschungsthemen am IKV nehmen die Leitthemen – Additive Fertigung, Digitalisierung, Kreislaufwirtschaft und Leichtbau – eine übergeordnete Stellung ein. Sie repräsentieren die relevanten Zukunftsthemen der Kunststoffindustrie und haben damit gleichermaßen strategische Bedeutung für die Branche wie für Forschung und Lehre am IKV.
Leitthemen fördern die strategische Weiterentwicklung am IKV
Zahlreiche Projekte am IKV stehen im Zusammenhang mit einem der oder mehreren Leitthemen. Um diese Forschungsprojekte zu bündeln und die Leitthemen strategisch weiterzuentwickeln, wurden am IKV zu allen Leitthemen Arbeitskreise ins Leben gerufen.
Arbeitskreise bündeln Expertise und fördern Innovation
In den Aktivitäten der Arbeitskreise wird die Expertise der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus allen wissenschaftlichen Abteilungen zusammengeführt. Indem aktuelle Entwicklungen diskutiert und neue Ideen und Projekte generiert werden, erfahren die Leitthemen eine inhaltliche Erweiterung und es werden Anknüpfungspunkte zu anderen Forschungsthemen des IKV ersichtlich. Darüber hinaus werden in den Arbeitskreisen Konzepte, Methoden und Inhalte für die Lehre entwickelt und Strategien zum Transfer der wissenschaftlichen Erkenntnisse in die Praxis ermittelt.
Kreislaufwirtschaft
Neue Wege für das Recycling von Kunststoffen
Nur durch eine effiziente Kreislaufwirtschaft können Kunststoffe ihr Potenzial bei der Bewältigung wichtiger Herausforderungen, wie etwa der Energiewende, der Digitalisierung oder Elektrifizierung ohne schädliche Auswirkungen auf Klima und Umwelt ausspielen. Denn im Vergleich zu anderen Werkstoffen sind Kunststoffe meist die ressourcenschonendere Alternative und die mit ihnen assoziierten ökologischen Nachteile resultieren in der Regel aus ihren noch immer großenteils linearen „Lebensläufen“. Technologische Innovationen, ein recyclinggerechtes Produktdesign und neue Wege, Rezyklate in großem Maßstab für hochwertige Kunststoffprodukte zu nutzen, sind der Schlüssel zur nachhaltigen Gestaltung der Kreislaufwirtschaft.
Die digitale Regelung und Vernetzung von Maschinen ist in der Kunststoffindustrie inzwischen gängige Praxis. Neue digitale Methoden reichen von der Datenerfassung bis zu KI-basierter Entwicklung neuer Materialien und Prozesse sowie KI-basierter Produktion.
Die automatische Analyse großer Datenmengen macht prozessnahe Daten für die Prozessregelung, Weiterentwicklung bestehender Simulationsmodelle und für Machine Learning nutzbar und erlaubt ein immer besseres Verständnis der Prozesse. Die Digitalisierung erlaubt die Vernetzung und Neugestaltung der Wertschöpfungskette. Daten zu einem bestimmten Material können von Akteur zu Akteur weitergegeben werden und beispielsweise in die Regelung nachgelagerter Prozesse einfließen und zum Aufbau gesamtheitlicher, steuerbarer Produktionssysteme genutzt werden. Damit leistet die Digitalisierung auch einen ganz entscheidenden Beitrag zu Kreislaufwirtschaft und Nachhaltigkeit.
Aktuelle Forschungsprojekte
aus der Kreislaufwirtschaft
Kreislaufwirtschaft als Leitthema am IKV
Das IKV erarbeitet schon seit den 1980er Jahren Lösungen für zahlreiche Fragestellungen zu den Themen Recycling, Rezyklatcharakterisierung und -einsatz sowie recyclinggerechtes Produktdesign. Das Zentrum für Kunststoffanalyse und -prüfung (KAP) zeigt mit seiner Forschung zu zielgerichteten Materialanalysen die Möglichkeiten und Grenzen des Rezyklateinsatzes in verschiedenen Anwendungen auf. Die Plasmatechnik am IKV spielt eine wichtige Rolle beim recyclinggerechten Produktdesign. PECVD-Beschichtungen können auf Kunststoffen als gute Barriere gegenüber verschiedenen Medien wirken. Die extrem dünnen Schichten beeinträchtigen den Recyclingprozess nicht, sodass sie herkömmliche nicht-rezyklierbare Barrieresysteme ersetzen können. Gleichzeitig ermöglichen sie einen breiteren Rezyklateinsatz, da sie die Migration von Fremdstoffen in das Füllgut verhindern. In Kombination mit digitalen Innovationen können die Ergebnisse erheblich zur Steigerung der Recyclingquoten sowie der Kreislaufführung von Kunststoffen beitragen. Dazu zählen beispielsweise eine digitale Infrastruktur zur Abbildung des kompletten Lebenszyklus sowie innovative Data-Science-Methoden.
Rainer Dahlmann
Digitalisierung
Vernetzung für optimierte Prozesse
Die digitale Regelung und Vernetzung von Maschinen ist in der Kunststoffindustrie inzwischen gängige Praxis. Neue digitale Methoden reichen von Datenerfassung bis zu KI-basierter Entwicklung neuer Materialien und Prozesse sowie KI-basierter Produktion. Die automatische Analyse großer Datenmengen, macht prozessnahe Daten für die Prozessregelung, Weiterentwicklung bestehender Simulationsmodelle und für Machine Learning nutzbar und erlaubt ein immer besseres Verständnis der Prozesse. Die Digitalisierung ermöglicht die Vernetzung und Neugestaltung der Wertschöpfungskette. Daten zu einem bestimmten Material können von Akteur zu Akteur weitergegeben werden und beispielsweise in die Regelung nachgelagerter Prozesse einfließen und zum Aufbau gesamtheitlicher, steuerbarer Produktionssysteme genutzt werden. Damit leistet die Digitalisierung auch einen ganz entscheidenden Beitrag zu Kreislaufwirtschaft und Nachhaltigkeit.
Aktuelle Forschungsprojekte
aus dem Bereich Digitalisierung
Digitalisierung als Leitthema am IKV
Das IKV ist im Bereich Digitalisierung in der Kunststoffindustrie weltweit wissenschaftlich führend und ein zukunftsweisender Forschungs- und Entwicklungspartner für Wissenschaft, Wirtschaft und innovative Start-ups. Am Campus Melaten ist mit dem Plastics Innovation Center 4.0 (PIC 4.0) eine vollständig digitalisierte Forschungsinfrastruktur zur umfassenden und praxisnahen Forschung an Themen der Digitalisierung in der Kunststoffproduktion entstanden. Als kompetenter Ansprechpartner bietet das IKV mit der Smart Factory die Infrastruktur für Test-Beds zur Entwicklung neuer digitaler Methoden. Ziel ist neben der Befähigung der Kunststoffindustrie zum kompetenten Umgang mit Digitalisierungsmethoden die Ausbildung von Nachwuchskräften mit Industrie 4.0 Kompetenz.
Mauritius Schmitz
Leichtbau
Schlüsselmaterialien für Nachhaltigkeit
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) gehören als hochbelastbare Leichtbauwerkstoffe zu den Schlüsselmaterialien für Klimaschutz und Nachhaltigkeit. Sie ermöglichen in unterschiedlichen Anwendungen und Branchen erhebliche Einsparungen an Energie, Material und Emissionen. Dabei ist der Einsatz von FVK mittlerweile nicht mehr auf variantenreiche Kleinserien oder Einzelstücke beschränkt. Mit heutigen Produktionsprozessen lassen sich bereits kurze Zykluszeiten im Minutenbereich und damit große Serien wirtschaftlich realisieren.
Aktuelle Forschungsprojekte
aus dem Bereich Leichtbau
Leichtbau als Leitthema am IKV
Die Leichtbauforschung am IKV hat zahlreiche Facetten und umfasst faserverstärkte Thermoplaste und Duroplaste sowie geschäumte Werkstoffsysteme. Das IKV verbessert die Methoden zur Auslegung sowie zur werkstoff- und produktionsgerechten Gestaltung von Bauteilen.
In Kombination mit der abteilungsübergreifenden Weiterentwicklung von Technologiebausteinen und Verfahren in den Prozessketten Spritzgießen, Fließpressen, Flüssigimprägnierverfahren, Wickel- und Pultrusionstechnik, Taperverarbeitung, Umformen und der Verarbeitung thermoplastischer Halbzeuge werden kontinuierlich innovative Lösungen entwickelt. Diese tragen dazu bei, die ökologischen Auswirkungen von Produktion, Nutzung und Verwertung von Leichtbauwerkstoffen am Ende ihres Lebenszyklus deutlich zu reduzieren und gleichzeitig wirtschaftlich tragfähig zu gestalten.
Mit seiner umfassenden Expertise entlang des gesamten Produktentwicklungszyklus und einer modernen Ausstattung bietet das IKV exzellente Rahmenbedingungen für Forschung und industrielle Kooperationen. Von der Werkstoffauswahl über die Bauteil- und Prozessoptimierung bis hin zur Entwicklung und Umsetzung von Full-Scale-Prototypen unterstützt das Institut Unternehmen dabei, kunststoffbasierte Leichtbautechnologien effizient und nachhaltig in die Serienproduktion zu überführen.
Kai Fischer
Additive Fertigung
Designfreiheit und individuelle Bauteile
Die Additive Fertigung (AF) gehört zu den Kunststoffverarbeitungsverfahren, die in den letzten 10 Jahren eine rasante Entwicklung erfahren haben. Überall dort, wo es um individuell angepasste Bauteile in kleinen Losgrößen geht, ist sie inzwischen in der industriellen Praxis etabliert. Der Trend setzt sich fort zu immer größeren und anspruchsvolleren Anwendungen, denn das hohe Maß an geometrischer Freiheit durch den schichtweisen Aufbau bietet enormes Entwicklungspotenzial. Aktuelle Herausforderungen betreffen die vergleichsweise lange Fertigungszeit, die maximale Bauteilgröße und die mechanischen und optischen Bauteileigenschaften.
Aktuelle Forschungsprojekte
aus der Additiven Fertigung
Additive Fertigung als Leitthema am IKV
Das IKV forscht bereits seit einigen Jahren an der Skalierung der Additiven Fertigung und kann dazu auf die umfangreiche eigene Forschung zu werkstoff- und prozesstechnischen Zusammenhängen in plastifizierenden additiven Fertigungsverfahren zurückgreifen. Ein wesentlicher Baustein ist dabei die physikalisch motivierte Modellierung der Abkühlung und Erstarrung des thermoplastischen Materials. Die Forschungsergebnisse ermöglichen es dem Anwender, das volle Potenzial der Additiven Fertigung zu nutzen, Materialien anwendungsgerecht auszuwählen und Prozesse zu gestalten und zu optimieren.
