TU Dresden: Exzellenz-Universität

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1 TU Dresden: Exzellenz-Universität

2 Institut für Naturstofftechnik (INT) (Institute of Natural Materials Technology) Holztechnik und Faserwerkstofftechnik (André Wagenführ) Lebensmitteltechnik (Harald Rohm) Agrarsystemtechnik (Thomas Herlitzius) Papiertechnik (Frank Miletzky, PTS) Bioverfahrenstechnik (Thomas Walther) Verarbeitungsmaschine n/ Verarbeitungstechnik (Jens-Peter Majschak) Papiertechnische Stiftung (Frank Miletzky) Technologie produktiver Biofilme (Katja Bühler) Fraunhofer IVV-DD (Jens-Peter Majschak) Helmholtzzentrum für Umweltforschung (Katja Bühler)

3 Fakultät Maschinenwesen Institut für Naturstofftechnik Biocomposite in der Naturstofftechnik Prof. Dr.-Ing. André Wagenführ Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik Dresden,

4 Gliederung Bioverbundwerkstoffe WPC / NFK Projekte Materialkombinationen mit Holz Materialeigenschaften Projekte Additive Verfahren Übersicht FDM

5 Bioverbundwerkstoffe Definition Bioverbundwerkstoffe: mindestens eine der beiden Hauptkomponenten (Matrix und Faser) muss biobasiert, d.h. auf Basis von Biomasse hergestellt sein. Sind Matrix und Faser biobasiert, spricht man von Biocompositen. Die beiden wichtigsten Gruppen sind Naturfaserverstärkte Kunststoffe (NFK) Holz-Polymer-Werkstoffe (international Wood-Plastic-Composites (WPC)) Die Hauptverarbeitungsverfahren für NFK und WPC sind Formpressen, Extrusion und Spritzguß.

6 Bioverbundwerkstoffe Verfahren FP: Formpressen Ex: Extrusion SG: Spritzguß (FNR 2014)

7 Bioverbundwerkstoffe Fasern Bioverbundwerkstoffe im Überblick (FNR 2015)

8 Bioverbundwerkstoffe Marktsituation (FNR 2014)

9 Bioverbundwerkstoffe 2.2 Marktsituation Produktion EU

10 Projekte Paper-Polymer-Composite (PPC): 30 % Reststoffe aus Papierherstellung und 70 % Polymermatrix (CP / PP)

11 Projekte MERGE: Holz als unidirektionale Naturfaserverstärkung Kontinuierlicher Prozess zur Verarbeitung von Furnier oder Flachs mit thermoplastischer Folie zu Prepregs. Veneer-, Fiber- and Thermoplastroll Double belt press Cutting Halbzeug Bauteil 11

12 Projekte Thermoplastische Furnier-Prepregs Thermoplast/ Biopolymer Furnier

13 Projekte Demonstratoren / Produkte (Bild: UPM)

14 Projekte Entwicklung funktionalisierter Sichtblenden unter Verwendung von Echtholzfurnieren Integration von Touch-Sensoren in furnierte Oberflächen Möglichkeit der Schaltfunktion im Bauteil Kunststoff als ebenes oder geformtes Trägermaterial Anwendungen für Möbeloberflächen oder im Automobil-Interieur Folie 14

15 Materialkombinationen mit Holz Werkstoffauswahlprozess: 4 Phasen: Materialanforderungen, Materialvorauswahl, Feinauswahl und Werkstoffentscheidung Konstruktionsaufgabe Anforderungsprofil Eigenschaftsprofil Werkstoff größtmögliche Deckungsgleichheit!

16 Materialkombinationen mit Holz Eigenschaftsprofil Holz Gewicht Festigkeit Zähigkeit Elastizität Verschleißfestigkeit Dämpfungsverhalten Verhalten gg. Feuchte Verhalten gg. Wärme Verhalten gg. Feuer Verhalten gg. biol. Schädlingen Dichte z.b. Zugfestigkeit z.b. Bruchdehnung z.b. E-Modul, spezifisch z.b. Härte z.b. Schwingungsdämpfung z.b. Quellen/Schwinden z.b. Wärmeleitfähigkeit z.b. Entflammbarkeit z.b. natürl. Dauerhaftigkeit Fertigungseigenschaften Wirtschaftlichkeit Verfügbarkeit z.b. Zerspanbarkeit z.b. Materialkosten z.b. nachwachsend (Holz im Vergleich zu Metallen/Kunststoffen: grün=positiv, rot=negativ)

17 (Nach Ashby 2005) Materialkombinationen mit Holz Materialvorauswahl Beispiel Leichtbau

18 Materialkombinationen mit Holz Wertung biegebeanspruchter Leichtbauwerkstoffe E [GPa] (Quelle: Pursche, TU Dresden 2003)

19 Projekte Stehleiter: Fichtenholz und Kohlenstofffaser-Kunststoff- Verbund (Ingenieurholzbau Pikart, Zwickau) Höhere Steifigkeit bei geringerem Gewicht Höhere Zuverlässigkeit Ansprechende Optik

20 Projekte Intelligenter Werkstoffverbund aus Holzkleinquerschnitten und Faser-Kunststoff- Verbunden iwerkstoffverbund aus Fichte, Kohlenstoff- oder Basaltfaser und Epoxidharz Verfahrensprinzip Entwicklung einer Technologie zur Herstellung der Werkstoffverbunde mithilfe der Vakuuminfusion Entwicklung des Werkstoffverbunds hinsichtlich differenzierter statischer und dynamischer Beanspruchungen (Simulation) Anwendung: z.b. Windkraftanlagen Anwendung als Bauteil in Stabwerken z. B. für Windkraftanlagen

21 Projekte Demonstrator: Hals aus Bergahorn und Kohlenstofffaser- Kunststoff-Verbund in einer Elektro-Bassgitarre (Sandberg Guitars, Braunschweig)

22 Additive Fertigungsverfahren Abb. nach VDI 3405

23 Additive Fertigungsverfahren Abb. nach VDI 3405

24 Fused-Deposition-Modeling (FDM) Möglichkeiten des Einsatzes: Schnelle und bedarfsgerechte Fertigung von Ersatzteilen Spezialhalterungen und Vorrichtungen Eckverbindungen Anwendungsbeispiele:

25 Fused-Deposition-Modeling (FDM) Anwendungsbeispiele: Belastungsgerechtes Zahnrad als Ersatzteil oder als Gestaltungselement

26 Fused-Deposition-Modeling (FDM) Anwendungsbeispiele: Fertigung von Schleifblöcken mit Sondergeometrie (links) Herstellung von Eckverbindungen als Gestaltungsmöglichkeit

27 Fakultät Maschinenwesen Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Kontakt:

28 18. Holztechnologisches Kolloquium