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Smart by Design and Intelligent by Architecture for turbine blade fan and structural components systems

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Intelligente Materialien für eine intelligente Gesellschaft

Vom Rennwagen bis zur Weltraumforschung – formveränderliche intelligente Nanomaterialien bahnen den Weg zu intelligenten Konstruktionen.

Industrielle Technologien

Aktuelle technologische Anwendungen erfordern die Entwicklung, Verarbeitung und Integration intelligenter Materialien in Verbindung mit neuen Funktionen wie Formveränderung, Selbsterkennung und Selbstheilung. „Um die angestrebte intelligente und nachhaltige Gesellschaft zu ermöglichen, werden intelligente Komponenten benötigt die für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind“, sagt Costas Charitidis, Professor für Nanotechnologie und Nanomechanik an der School of Chemical Engineering der Nationalen Technischen Universität Athen. „Ob im Fahrzeug oder zu Hause, neue Arten von intelligenten Materialien werden der Schlüssel zu vielen Geräten des Internets der Dinge (IoT) sein, mit denen die Gesellschaft vorangetrieben wird.“ Das EU-finanzierte Projekt SMARTFAN hilft uns dabei, diese neuen intelligenten Materialien zu verstehen. „Wir sprechen hier nicht über eine neue Art von Verbundwerkstoffen. Wir entwickeln Konzepte für intelligente Komponenten und Konstruktionen, die über herkömmliche Grenzen hinausgehen – funktionelle Materialien, die mit der Umwelt kommunizieren, interagieren und auf sie reagieren können“, fügt Charitidis hinzu.

Ganz klein anfangen

Das Projekt hat sich einige anspruchsvolle Ziele gesetzt. Dazu zählt die Entwicklung von Materialien, die ihre physikalischen Eigenschaften und ihre Form verändern können, sowie Leichtbaustrukturen, die Echtzeitinformationen über ihre Betriebsbedingungen liefern. Auch Materialkonzepte, die auf bioinspirierten Lösungen basieren, wurden in Betracht gezogen. Doch um solch große Ziele zu erreichen, muss man zunächst klein anfangen. Für die SMARTFAN-Forschung hieß das, so richtig klein anzufangen – und zwar im Nanobereich. „Der erste Schritt bestand darin, Nanomaterialien mit intelligenten Funktionen zu entwerfen, welche die Grundlage für die Herstellung von Nanokompositen bildeten“, erklärt Charitidis. „Wir haben auch innovative Oberflächenbehandlungen für Kohlenstofffasern entwickelt, um die Einbindung von Kohlenstoff-Nanomaterialien beim funktionalen Schlichten zu ermöglichen.“ Die verschiedenen Projektpartner arbeiteten außerdem daran, fortschrittliche Technologien zur Herstellung von Verbundwerkstoffen zu nutzen, darunter 3D-Drucken mit kontinuierlichen Kohlenstofffasern sowie Spritzgießen und Formpressen. Alle diese Verfahren wurden durch Modellierung in atomistischen, mesoskopischen, makroskaligen und kontinuierlichen Modellen optimiert. „Diese Arbeit kann als Blaupause für die Gestaltung intelligenter Strukturen und die Integration von IoT-Lösungen in intelligente Architekturen dienen“, ergänzt Charitidis.

Die Spitze des Eisbergs

Die Projektpartner gingen sogar noch einen Schritt weiter und konstruierten verschiedene Anwendungsfälle für die vorgeschlagenen intelligenten Materialien. Dazu gehören ein leichter, intelligenter Frontflügel für Rennwagen, eine selbsterkennende Abzugshaube für Küchenherde, eine autonome, intelligente Greifvorrichtung für den Raumfahrtsektor und elektronische Strukturen auf Nanokohlenstoffbasis für Batterien und Superkondensatoren. „Diese Konzepte sind nur die Spitze des Eisbergs aller denkbaren Möglichkeiten“, wähnt Charitidis. „Sie dienen auch als Sprungbrett für die Entwicklung neuer Produkte mit intelligenten Funktionen für den Automobil- und Haushaltsgerätesektor.“ Das Projekt hat bereits andere EU-finanzierte Projekte wie Repair3D und EURECOMP zur Entwicklung intelligenter Recyclingtechnologien inspiriert. Carbo4Power, ein weiteres EU-finanziertes Projekt, nutzte die Technologien von SMARTFAN für Offshore-Energieanwendungen. „Mit 36 Veröffentlichungen in begutachteten Fachzeitschriften, einem spezialisierten Schulungslehrgang sowie mehreren Workshops und Konferenzen, die im Rahmen des Projekts organisiert wurden, wird sich die Wirkung von SMARTFAN weiter vervielfachen“, so Charitidis abschließend.

Schlüsselbegriffe

SMARTFAN, intelligente Materialien, Nanomaterialien, Internet der Dinge, IoT, Leichtbaustrukturen, Nanokomposite, Herstellung, 3D-Druck

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26 Januar 2021