„Die Werkstoff- und Oberflächenforschung ist ein zentraler Baustein bei der Sicherung des Industriestandorts Deutschland“

TRANSFER im Gespräch mit Professor Dr.-Ing. August Burr

Herr Professor Burr, die Erforschung innovativer Oberflächentechniken rückt als Mittel zur Wettbewerbsabgrenzung und zur Standorterhaltung aktuell immer stärker in den Fokus der Unternehmen und auch der Politik. Womit ist dieser Trend Ihrer Meinung nach zu erklären?

Die Oberflächentechnik ist eine Schlüsseltechnologie, denn ohne widerstandsfähige Oberflächen würden z. B. Mobilfunkantennen den Witterungseinflüssen nicht lange trotzen, Handybildschirme schnell erblinden, ohne biokompatible Oberflächen würden Implantate sofort abgestoßen. Aus gesellschaftlicher Sicht benötigen wir die Oberflächentechnik zur Lösung der globalen Probleme in unterschiedlichen Bereichen wie Klima und Energie, Mobilität und Ernährung, Umweltschutz und Gesundheit. Hier liegen die relevanten Zukunftsmärkte, und die Oberflächentechnik wird ihren Anteil an deren Erschließung haben. Die Werkstoff- und Oberflächenforschung ist ein zentraler Baustein bei der Sicherung des Industriestandorts Deutschland. Wichtige Beiträge zur Oberflächentechnik leistet auch das Steinbeis-Transferzentrum Kunststoffcenter. Von der Politik wird erwartet, dass die notwendigen Fördermittel vom Bundesforschungsministerium dafür auch zur Verfügung gestellt werden.

In Ihrem Steinbeis-Transferzentrum steht der Kunststoff im Mittelpunkt Ihres Interesses. Einer der Schwerpunkte ist dabei die Spritzgießtechnik, die gerade in der Herstellung von Massenprodukten eine große Rolle spielt. Welchen Herausforderungen steht diese Technik aktuell gegenüber? Gibt es einen Trend, im Bereich der Kunststofftechnik künftig wieder verstärkt in Deutschland zu produzieren?

Die Spritzgießtechnik ist eine seit langem bewährte wirtschaftliche Fertigungstechnologie für Kunststoff-Formteile, die in hohen Stückzahlen benötigt werden, und neben der Extrusion das wichtigste Verarbeitungsverfahren für Kunststoffe. Die größten Herausforderungen liegen in dem wirtschaftlichen Zwang, den Automatisierungsgrad kontinuierlich zu erhöhen und das bei möglichst hoher Energieeffizienz. Da die Anzahl komplexer Anwendungen, die die gezielte Kombination verschiedener Funktionalitäten in einem Formteil erfordern, in neuerer Zeit rasant gestiegen sind, wurden im letzten Jahrzehnt eine hohe Anzahl an Spritzgießsonderverfahren mit technisch aufwändigen Maschinenanlagen und Werkzeugen entwickelt. Diese Entwicklungen stärken den Produktionsstandort Deutschland. Einen signifikanten Trend, beim Standardspritzgießen wieder vermehrt in Deutschland zu produzieren, kann ich jedoch nicht feststellen.

Durch die Entwicklung der sogenannten 3D-Drucker gibt es derzeit eine kleine Revolution in der Fertigungstechnik – zumindest im Bereich der Fertigung von Prototypen. Wird diese Innovation einen entscheidenden Einfluss auf die Spritzgießtechnik haben?

Im Prototypenbau und bei Kleinserien von Kunststoffprodukten ist die Erwartungshaltung in der Kunststoff-Industrie sehr groß, dass relativ zeitnah eine wirtschaftliche Alternative mit der 3D-Drucktechnologie oder ähnlichen Verfahrensentwicklungen zur Verfügung steht. Um schnell erste Kunststoffbauteile und -komponenten mit entsprechendem Design herzustellen, scheint der Durchbruch schon gelungen. Ob allerdings diese Bauteile auch letztlich den erforderlichen Qualitätsansprüchen genügen, ist bisher nicht mit „ja“ zu beantworten und bleibt für die Zukunft ein spannendes Forschungs- und Entwicklungsfeld.

Im Leichtbau, der zunehmend an Bedeutung gewinnt, übernehmen vor allem die glas- und kohlefaserverstärkten Kunststoffe eine wichtige Rolle. Bisher gibt es in ihrer Herstellung immer noch einen großen Anteil manueller Fertigungsschritte. Wie groß ist das Potenzial für die Automatisierung dieser Fertigungsprozesse?

Der Trend, faserverstärkte Bauteile auch für Massenware insbesondere im Automotivbereich (CFK) einzusetzen, ist nach wie vor ungebrochen. Das liegt vor allem daran, dass außer dem Leichtbauargument diese Bauteile gegenüber den jetzigen Technologien relativ hohe Integrationen von mehreren Funktionalitäten und deutlich höhere Designfreiheiten ermöglichen. Aus Sicht des Recyclingverhaltens ist dieser Trend eher kritisch zu betrachten. Das Potential der Automatisierung ist allerdings noch lange nicht ausgeschöpft. Wir arbeiten gerade in der Forschung an unserer Hochschule in Heilbronn daran, die Vernetzungszeiten der Matrixharze bei CFK-Karosseriebauteilen durch eine spezielle dynamische Temperaturführung an den RTM-Presswerkzeugen zu halbieren, und werden zusätzlich auch die Bauteilqualität weiter steigern. Die Zykluszeiten lassen sich dabei drastisch verringern. Auch die Nachbearbeitungsprozesse können durch den Einsatz moderner Lasertechniken weiter optimiert werden. Der Einsatz moderner Roboter, beispielsweise beim Einlegen der Gelege in die Pressform, ermöglicht eine weitere Steigerung des Automatisierungsgrades.

Die Zukunft der Oberflächentechnik wird stark von wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Entwicklungen bestimmt: So können neue Verfahren in diesem Bereich z. B. zu besserer Energieeffizienz, innovativen medizinischen Geräten oder nachhaltiger Mobilität beitragen. Wie wird Ihrer Meinung nach die Zukunft der Branche aussehen, welche Themenfelder werden die nächsten Jahrzehnte bestimmen?

Märkte, die im Zeichen der Nachhaltigkeit entstehen, werden in absehbarer Zeit deutlich wachsen. Diese Meinung wird durch mehrere aktuelle Studien belegt. Dabei werden immer wieder leistungsfähige Energiespeicher, dezentrale Stromerzeugung, Nutzung nachwachsender Rohstoffe, neue Mobilitätskonzepte, individuelle Gesundheitsfürsorge und seniorengerechte Infrastrukturen genannt. In den meisten dieser „nachhaltigen Zukunftsmärkte“ spielt die Oberflächentechnik eine signifikante Rolle. Je nach Anwendung sind definierte Eigenschaften gefordert, wie extrem glatte, raue, haftfähige, hydrophobe, hydrophile, bakterizide, biokompatible, starre oder flexible Oberflächen.

Folgende Beispiele verdeutlichen die Bedeutung der Oberflächentechnik: Widerstandsfähige, korrosions-, abrieb- und UV-beständige Oberflächen sind inzwischen bei Photovoltaikanlagen und Spiegeln bei solarthermischen Großanlagen unabdingbar; spezielle Beschichtungen im Antriebsstrang bei Kraftfahrzeugen senken durch verringerte Reibung signifikant die Energieverluste. Spezielle Strukturierungen der Oberflächen von Rotorblättern für Windenergieanlagen und Flugzeugaußenflächen schließlich verringern die aerodynamischen Verluste. Bei Kunststoffbauteilen lassen sich beispielsweise mit winzigen funktionalen Oberflächenstrukturen im Nanometerbereich entspiegelte Gläser, Antireflektionsschichten auf Solarmodulen und Monitoren, hydrophobe und hydrophile Oberflächen erzeugen. Auch tribologische, haptische und biokompatible Eigenschaften sind mit gezielten mikro- und nanostrukturierten Oberflächen beeinflussbar. Neu entwickelte Verfahrenstechniken, wie die an unserem Steinbeis-Transferzentrum entwickelte hochdynamische Variotherm- Spritzgießtechnologie, ermöglichen eine wirtschaftliche Herstellung von Präzisionsbauteilen aus Thermoplasten mit diesen spezifischen funktionalen Oberflächenstrukturen in Massenware. Dadurch entstehen Produkte mit neuen spezifischen Eigenschaften, die in allen Industriezweigen von großem Interesse sind!

Kontakt

Prof. Dr. August Burr leitet das Steinbeis- Transferzentrum Kunststoffcenter an der Hochschule Heilbronn. Mit seinen Mitarbeitern ist er in der Oberflächentechnik, in der Formteil- und Werkzeuggestaltung, in der Spritzgießtechnik sowie in der Material- und Schadensanalyse aktiv.

Professor Dr.-Ing. August Burr
Steinbeis-Transferzentrum Kunststoffcenter (Bretzfeld)
su0529@stw.de

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