Oberflächentechnik für die generative Fertigung

Eine Schwachstelle der additiven Fertigung ist derzeit noch die Oberfläche, die je nach Fertigungsverfahren sehr unterschiedlich sein kann. Am Fraunhofer IST werden daher additiv gefertigte Bauteile galvanisch metallisiert und mit den gewünschten Oberflächeneigenschaften versehen.

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Strukturen für Umströmungs­untersuchungen

Um thermische Schutzschilde von Wiedereintrittskörpern in der Raumfahrt richtig dimensionieren zu können, werden sie in Windkanaluntersuchungen untersucht. Hierfür wurden am Fraunhofer IST Mikrostrukturen mit unterschiedlicher Rauigkeit auf einer generischen Apollokapsel hergestellt.

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Strahlteiler mit geringem Wellenfrontfehler

Im Rahmen eines Projekts der Europäischen Weltraumorganisation ESA hat das Fraunhofer IST einen breitbandigen Strahlteiler mit sehr geringem Wellenfrontfehler (20 nm rms) entwickelt.

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CFK-Spiegel für den Weltraum

Optische Spiegel für Weltraumanwendungen müssen wegen der ständig wechselnden thermischen Belastungen im Weltraum eine außerordentliche Stabiltität aufweisen. Am Fraunhofer IST wird daher an einer deutlich leichteren Alternative gearbeitet.

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Funktionsschichten für Wettersatelliten

Präzise und zuverlässige Wettervorhersagen können Leben retten und dabei helfen, die weltweiten Auswirkungen von Wetterkatastrophen zu mildern. Schichten des Fraunhofer IST sollen dabei helfen.

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Gasfluss-gesputterte Wärmedämmschichten

Für einen effizienteren Betrieb von Gasturbinen bei höchsten Temperaturen müssen die eingesetzten metallischen Werkstoffe vor Heißgas-Korrosion und vor Überhitzung geschützt werden. Mit dem am Fraunhofer IST entwickelten Gasfluss-Sputterverfahren (GFS) können neuartige und vielversprechende keramische Wärmedämmschichten für hochbelastete Bauteile hergestellt werden.

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Luft- und Raumfahrt

Im Geschäftsfeld »Luft- und Raumfahrt« werden Verfahren und Schichten für Sonderwerkstoffe wie zum Beispiel Leichtbauwerkstoffe entwickelt, für die es oft noch keine etablierten Beschichtungsverfahren gibt. Anwendungen in der Luftfahrt betreffen überwiegend Verschleiß- und Korrosionsschutz, in der Raumfahrt spielen in erster Linie optische und elektrische Funktionsschichten eine Rolle.

Im Rahmen von öffentlichen Projekten und Industrieprojekten werden die Beschichtungsprozesse und Schichteigenschaften mittels Galvanotechnik, Vakuumtechnik oder Plasmadiffusionsverfahren an die gewünschten Erfordernisse angepasst und Anlagen im Labor-, Pilot- und Fertigungsmaßstab konzipiert. 

Wir transferieren unsere Entwicklungen in die Praxis und bieten unseren Kunden und Partnern:

Metallisierung von Materialien

  • CFK, GFK
  • Leichtmetalle, wie z. B. Titan oder Magnesium
  • Polymere
  • Keramiken

Schichten für Reibungsminderung und Verschleißschutz

  • Erosionsschutzschichten
  • SICON®
  • Trockenschmierstoffschichten
  • Hartchrom, chemisch Nickel

Herstellung präzisionsoptischer Komponenten

  • Superbreitband-Strahlteiler mit geringem Wellenfrontfehler
  • Bandpassfilter auf 2D- und 3D-Komponenten, z. B. Linsen
  • Abscheidung schwarzer Schichten

Qualitätssicherung und Dokumentation

 

Herausforderungen in der Luftfahrt

Mit dem Ziel, den Treibstoffverbrauch der Flugzeuge und damit den CO2-Ausstoß am Himmel zu senken, ist vor allem die Gewichtsreduzierung ein bedeutendes Thema in der Luftfahrt. Waren früher noch Stahl und Aluminium die beherrschenden Werkstoffe im Flugzeug, so werden diese mehr und mehr durch Carbonfaser verstärkte Kunststoffe (CFK) ersetzt, ein extrem leichtes und mechanisch belastbares Material. Darüber hinaus werden auch metallische Leichtgewichte wie Magnesium oder Titan im Flugzeugbau verwendet. In beiden Fällen ist jedoch vor ihrer Verwendung eine Beschichtung notwendig.

Ein zweiter Ansatzpunkt, um Treibstoff zu sparen, ist die Optimierung von Flugzeugturbinen. Höhere Verbrennungstemperaturen des Treibstoffs machen die Turbinen effizienter, jedoch werden dadurch bestimmte Bauteile sehr stark thermisch belastet. Hochtemperaturschutzschichten liefern hier wichtige Lösungsansätze.

Neben dem Senken des Treibstoffverbrauchs spielt auch die ständige und zuverlässige Überwachung der Steuereinheiten eine große Rolle. Die immer komplexeren Steuerungen arbeiten heute mehr und mehr auf Basis elektrischer oder elektromechanischer Systeme und ersetzen die elektro­hydraulischen Aktuatoren. Dünnschichtsensoren, wie sie am Fraunhofer IST entwickelt werden, können hier helfen.

 

Herausforderungen in der Raumfahrt

In der Raumfahrt spielen neben dem Gewicht, welches sich direkt auf die wirtschaftlich nutzbare »Payload« auswirkt, auch die mechanischen Anforderungen eine große Rolle. Extreme mechanische Belastungen treten insbesondere beim Start einer Rakete auf. Einige Arbeitsfunktionen wie z. B. das Ausfahren der Solarsegel für die Energieversorgung, sind zwar nur ein einziges Mal erforderlich, müssen dafür aber mit absoluter Zuverlässigkeit funktionieren. Ausfälle haben in der Regel katastrophale Folgen und sind im Weltraum auch nicht mehr zu beheben. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, sind in vielen Bereichen außergewöhnliche Hochleistungsmaterialien erforderlich.

Daneben werden in der Raumfahrt optische Komponenten immer wichtiger. Hier gibt es eine steigende Nachfrage nach hochpräzisen Beschichtungen auf großen Flächen, z. B. für Spiegel oder Spezialfilter.

 

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