Zielsetzung

Methoden und Prozesse für smarte Oberflächen


Als ein Baustein im Gefüge von Forschung und Entwicklung gelten Oberflächentechnologien national wie international als wichtige Zukunftstechnologien. Im Vordergrund stehen Materialinnovationen, die als intelligente bzw. funktionale Oberflächen je nach Gewichtung unter Materialforschung bzw. Werkstofftechnik, Nanotechnologie oder Produktionstechnologie gefasst werden und dabei einen starken Bezug zur Ressourcen- und Energieeffizienz sowie Nachhaltigkeit aufweisen.

Funktionale Beschichtungen spielen u. a. bei der Herstellung und Verarbeitung von Fassaden, Fenstern, Glas und Textilien eine Rolle. Ausgehend vom Leitbild einer nachhaltigen und ressourceneffizienten Produktentwicklung, die in unserem rohstoffarmen Land die wirtschaftliche und gesellschaftliche Zukunft stark determiniert, entstand unsere Vision der Verbindung und Bündelung von vorhandenen und neu zu entwickelnden Lösungen für funktionale Oberflächengestaltung.

Im Sinne von „Makro zu Mikro“ oder „Von Textil bis Beton“ oder „Besserer Schutz durch neue Funktionalität“ soll die Nutzbarkeit bzw. Übertragbarkeit wissenschaftlicher Ansätze funktionaler Oberflächen bearbeitet und in Produkte umgesetzt werden. Dies soll die Grundlage für ein Innovationzentrum sein, in dem die gewonnenen Erkenntnisse „weiterleben“.

Das Netzwerk „SmartFaceNet – Methoden und Prozesse für smarte Oberflächen“ verfolgt somit das Ziel, Ideen und Kompetenzen einer repräsentativen Anzahl von aktiven Netzwerkpartnern effektiv zu bündeln und zunächst im Rahmen von beispielhaften F&E-Vorhaben notwendige Methoden und Prozesse für smarte Oberflächen mit neuartigen und verbesserten Funktionalitäten zu entwickeln.

Das Bündnis wird nicht nur Themen der Oberflächenmodifizierung bearbeiten, sondern auch Bereiche wie Architektur, Gebäudetechnik, Maschinen- und Gerätebau, Verfahrenstechnik sowie Medizintechnik berühren. 

Das Netzwerk soll dazu beitragen, bestehende Erkenntnisse bzw. Kooperationen auszubauen und den Wissenshorizont für weitere Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zu erweitern. Technisch-technologisch betrachtet ist der Fokus dabei auf die Konzipierung und Realisierung von Maschinen, Anlagen und Vorrichtungen zur gezielten Veränderung von Produktoberflächen sowie Wirksamkeitsuntersuchungen unter Labor- und Praxisbedingungen gerichtet.

Partner im Netzwerk sind das Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V. (IPHT, Biophotonik, Faseroptik und Photonische Detektion), das Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e. V. (TITV; Institut für Spezialtextilien und flexible Materialien -> Digitaldruck, Textilveredelung), die Protect Laserschutz GmbH (Laserschutzprodukte: Brillen, Fenster, Kleidung und Abschirmungen), die VIS GmbH (Beschichtung/Pulverbeschichtung und nachfolgende Veredelung), die Carpet Concept Teppichfabrik GmbH & Co. KG (Veredelung, Teppichdruck auf der Oberseite und Unterseitenbeschichtung, Konfektion zur Fertigstellung), die Thorey Gera Textilveredelung GmbH (Veredelung von Gewebe, Gestricke, Gewirke oder Vliese, Spezialausrüstungen u. a. antibakteriell, flammhemmend und hydrophob), das IAB – Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH (Baustoffe und Verfahrenstechnik, Bausysteme und Bauteile, Tief- und Rohrleitungsbau, Energie und Gebäudetechnik), die allton Fertigteile GmbH (Planung, Herstellung, Lieferung und Montage konstruktiver Betonfertigteile für das Tragwerk und gestaltender Architekturfertigteile für den Fassadenbereich eines Bauwerkes), die Firma nashornhaut® (Beschichtungssysteme für private, gewerbliche und öffentliche Bereiche, Verschleißschutz, Abdichtung und Korrosionsschutz), die Duale Hochschule Gera-Eisenach (DHGE; Steuerung von Systemen, Sensorik, Modellierung und Simulation der Sensoren), die ICS Industriedienstleistungen GmbH (Moderne Automatisierungstechnik), die ITP GmbH – Gesellschaft für Intelligente Textile Produkte (Integration von Elektronik in textile Flächen), die Richter Feinwerktechnik (Maschinen- und Werkzeugbau), die JuB Creative Product GmbH (Metallbearbeitung, Feinmechanik, Musterbau und Kleinserien sowie Leiterplattendesign und -vertrieb) und der Verein für Technische Sicherheit und Umweltschutz (TSU e. V.; Auslegung und Entwicklung sicherheitskritischer Systeme).

Im Folgenden sollen einige Projektideen genannt werden, die innerhalb des Netzwerks umgesetzt werden:

(1)    Entwicklung von endothermen ablationsresistenten LASER-Schutzschichten – Laser-Schutzschichten (IPHT, TITV, Protect, VIS)
√   Entwicklung und Qualifizierung einer neuartigen Beschichtung zur Ausrüstung textiler Laserschutzprodukte für Anwender handgeführter Lasersysteme, um einen besseren
      Personenschutz bei gleichzeitiger Leistungsskalierung für neue Laseranwendungen zu gewährleisten.
√   Neuartige Beschichtung soll auftreffende Laserstrahlung in chemische und thermische Energie umwandeln und so eine höhere Standzeit der Laserschutztextilien ermöglichen.

(2)    Digitaldruck zur reststofffreien Hochveredelung und Beschichtung – Digitale Textilverarbeitung (TITV, Carpet Concept, Thorey)
√    Entwicklung eines digitalen Textilveredelungsprozesses per Digitaldruck, welcher sowohl die ökonomischen als auch ökologischen Nachteile der traditionellen Verfahren beseitigt.
√    Am Ende steht eine individuell einstellbare Textilveredelungsprozedur, welche ohne Lagerungskosten und überflüssigen Ausschuss auskommt.

(3)    Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für helle, blendfreie, ebenmäßige Betonfassaden mit lichtstreuender Strukturierung – Blendfreie Betonoberfläche (IAB, allton, nashornhaut®)
√    Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für aufgehellte blendfreie ebenmäßige Betonfassaden. Um eine Reflexblendung durch die helle schalungsglatte Betonoberfläche zu
       verhindern, soll die Sichtbetonoberfläche strukturell so modifiziert sein, dass die auf die Fassadenoberfläche auftreffenden Lichtstrahlen nicht reflektiert, sondern diffus in alle
       Richtungen gestreut werden.
√    Durch die Übertragung von TiO2-Pigmenten von der Schalhaut auf die Sichtbetonoberfläche während des Schalungsvorgangs soll eine ebenmäßige, farbtongleiche helle bzw. weiße 
       Fassadenoberfläche erzeugt werden. Die TiO2-Suspension soll hierbei auch als Trennmittel fungieren. Die oberflächliche Farbgebung bewirkt eine optische Angleichung von
       Farbunterschieden und Ungleichheiten der Sichtbetonoberfläche.
√   Darüber hinaus bewirkt Sonnenlicht eine UV-Bestrahlung der auf der Sichtbetonoberfläche sitzenden TiO2-Partikel, welche eine photokatalytische Reaktion und einen antibiotischen
      Selbstreinigungseffekt auslöst.

(4)    Modellgestützte Entwicklung eines sicheren Algorithmus für flexible Low Cost-Sensoren zur Steuerung von sicherheitskritischen Maschinen und Robotern – ModSecureSense (DHGE, TITV, ICS, ITP, Richter, JuB, TSU)
√    Es soll ein System (Sensormatte, Maschinenregelung), bestehend aus einem flexiblen Low-Cost-Sensor und einem weiterverarbeitenden System entwickelt werden, das potenziell als
       gesamte Einheit das Sicherheitsintegritätslevel SIL-2 erfüllen kann.
√    Das weiterverarbeitende System selbst ist ein Roboter oder eine Maschine, welche die Sensordaten nutzt, um eine Kollision mit einer oder mehreren Personen in deren Umgebung zu
       vermeiden.

(5)    Entwicklung einer Technologie zur Rehabilitation von begehbaren Spannbetonrohren in der Trinkwasserversorgung durch karbon/zementbasierte Innenauskleidung mit statischer Funktion (IAB, Hermes Technologie)
√    Es soll eine karbon/zementbasierte Innenauskleidung sowie ein Mörtelsystem für begehbare Stahl- und Spannbetonrohre entwickelt werden.
√    Die Rohre mit bereits verringertem Tragverhalten sollen durch die neue Technologie rehabilitiert werden.
√    Durch die Neuentwicklung, technologische Umsetzung der Applikationstechnologie wird die Statik wiederhergestellt und die Restnutzungsdauer der Rohre erhöht.