Simulation von Werkstoffkompositen

Die Abteilung für »Funktionale Materialien« am Fraunhofer IPA verfolgt einen ganzheitlichen Forschungsansatz: Es geht nicht nur um die Generierung von Wissen und Innovationen in der angewandten Materialforschung, sondern auch darum, dieses Wissen in funktionale Prototypen oder gar marktgerechte Produkte für unsere Kunden zu überführen. Simulation und rechnergestützte wissenschaftliche Modellbildung sind oft unerlässlich, wenn es darum geht, wegbereitende Technologien und neueste Materialentwicklungen in innovative Anwendungen und optimierte Fertigungsprozesse zu integrieren.

Heutzutage ist die Verwendung von Computern für die einfache und schnelle Bearbeitung technischer Problemstellungen bereits Standard und Simulationsplattformen sind in den meisten Industriezweigen etabliert. Für uns als Forschungsdienstleister reicht das reine Verständnis dieser Entwicklungs-Tools nicht mehr aus. Es ist essentiell, dass Kunden und Partner mit einem breiten technischen Know-how und Erfahrung unterstützt werden und ihnen die neuesten Technologien und Simulationslösungen zur Verfügung stehen.

Die Abteilung »Funktionale Materialien« unterstützt den gesamten Entwicklungsprozess ohne kostspielige Testläufe. Dabei werden Fragestellungen und Probleme auf unterschiedlichsten Gebieten gelöst – egal, ob es sich dabei um die Berechnung noch unbekannter Materialeigenschaften handelt oder ob Leistungen eines funktionalen Materials in einem neu entwickelten Produkt validiert werden müssen.

Für die Simulation von Werkstoffkompositen werden hauptsächlich zwei Arten von Aktivitäten am IPA betrieben: Computer Aided Engineering (CAE) und Systemmodellierung bzw. rechnergestützte Modellbildung von Kompositmaterialien (Multiskalensimulation). Durch die Kopplung von traditioneller FE-basierter CAE-Technologie (ANSYS Workbench) mit einer Umgebung für multi-skalige Komposit-Modellierung (DIGIMAT FE) können Materialparameter von innovativen Nano- und Mikrokompositen extrahiert und Materialien gezielt auf bestimmte Funktionalitäten ausgelegt werden (Stichwort »Virtual Material Design«). Der Fokus liegt hierbei nicht nur auf Kohlenstoff-basierten Partikeln wie CNTs und Graphen, die mittels unterschiedlicher Prozesse in eine Polymermatrix eingearbeitet werden (Extrusion, Sol-Gel), sondern auch auf metallischen Inklusionen und keramischen Matrizen, die auf diese Weise modelliert und beschrieben werden können.

Als integrales Mitglied der Fraunhofer Gesellschaft und durch vielfältige Kooperationen mit Forschungspartnern hat die Abteilung »Funktionale Materialien« ein umfangreiches Netzwerk mit Forschungspartnern und Industrie-Größen etabliert – auch im Bereich Simulationstechnologie. Durch die Teilnahme an öffentlichen Forschungsprojekten werden stets neue Simulationsanwendungen generiert, beispielsweise für die Optimierung visko-elastischer Dämpfungsstrukturen oder bei der Erforschung neuer Elektrodentechnologie in Superkondensatoren. Dies ermöglicht neue Ansätze und Lösungen für die Zukunft.