Durch Nanotechnologie ermöglichte Verbesserungen an Werkstoffen und Verfahren öffnen den Markt für optimierte Bauteile
Nanotechnologien bieten erhebliche Leistungsvorzüge bei Fertigungswerkstoffen und -verfahren. Was die Verbesserung von Teilen aus Thermoplast und Metall mithilfe von Nanomaterialien angeht, versprechen drei grundlegende Darbietungsformen der Werkstoffe großen Erfolg: Spritzgießen mit Thermoplasten unter Verwendung von Masterbatches, Masterpellets für Metallguss sowie nanostrukturierte Puder für Metallbeschichtungen. Beim Projekt IZADI-NANO2INDUSTRY wurden drei Pilotanlagen vorgestellt, an jeder davon werden reale Komponenten hergestellt (B-Säulen für Fahrzeuge aus Thermoplast sowie Taumelscheiben und Ventilplatten aus Metall für Hydraulikmotoren). Dort werden diese Techniken an bereits bestehenden Fertigungsstätten erprobt. Dem Projektteam gelang eine Maßstabsvergrößerung bei der Produktion der neuen Werkstoffe sowie der Verfahren, gleichzeitig konnte die Anzahl der Produktionsschritte reduziert (Verringerung der Kosten) und der Prozess umweltschonender gestaltet werden, ohne dabei die Sicherheit zu vernachlässigen. Studien über Nanomaterialien für Teile aus Thermoplast und Metall Über die Anfänge des Projektes berichtet Koordinatorin Dr. Cristina Elizetxea Ezeiza folgendes: „IZADI-NANO2INDUSTRY baut auf die Ergebnisse vorhergehender EU-finanzierter Projekte auf, dazu zählen Plast4Future, EFEVE, OFIENGINE und EXTREMAT. In manchen von uns, die über die Jahre hin mit dabei waren, wuchs die Zuversicht, dass einige der Ergebnisse aus dem Labor auf den Markt übertragen werden können. Also richteten wir die Pilotanlagen ein.“ In der Pilotanlage ESTCRATCH (Baskenland, Spanien) wurden für die Herstellung von B-Säulen (für Fahrzeuge) Thermoplasten mit Nanomaterialien (basierend auf Masterbatches) verstärkt und die Oberflächen der Spritzgussformen mit einer Nanostruktur versehen, was zu Verbesserungen bei der Kratzbeständigkeit sowie bei der Ästhetik führte. Bei der Pilotanlage HARDCAST (Lombardei, Italien) wurden mittels Masterpellets Nano-Verstärkungen in einem neuen, günstigen und sicheren Schwerkraftgussverfahren hinzugefügt, was zu einer größeren Härte, höherer Verschleißfestigkeit und besseren Zugeigenschaften bei Taumelscheiben für Hydraulikmotoren führte. Schließlich wurden in der Pilotanlage TRIBONANO (Emilia-Romagna, Italien und Baskenland, Spanien) nanostrukturierte Pulver für metallische Cermet-Beschichtungen sowie thermisches Spritzen für Festkörperbeschichtung eingesetzt, um Verbesserungen bei der Dichtungsfunktion, dem Wirkungsgrad und der Lebensdauer von Ventilplatten für Hydraulikmotoren zu erreichen. IZADI-NANO2INDUSTRY ermittelte, dass die Kratzbeständigkeit der Thermoplasten 140 % höher ist als bei gegenwärtig erhältlichen Güteklassen, wobei es nur geringe Abweichungen bei Glanz und Farbe gibt. Im Vergleich zu derzeitig kommerziell erhältlichen Werkstoffen wurden Härte und Verschleißfestigkeit der Metallteile verdoppelt, während die Zugfestigkeit um bis zu 30 % erhöht und der Ausdehnungskoeffizient gleichgehalten oder sogar verbessert werden konnte. Es gelang außerdem, den mechanischen Wirkungsgrad und die Lebensdauer der produzierten Komponenten für Hydraulikmotoren zu erhöhen, wodurch sich sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die Wartungskosten verringerten. Eines der wichtigsten Projektergebnisse, das bei der Vermarktung eine wesentliche Rolle spielt, ist, dass es sich während des gesamten Lebenszyklus von Werkstoffen und Verfahren auszahlt, wenn von Anfang an ein Ansatz verfolgt wurde, bei dem das Produkt durch seine Auslegung automatisch sicher wird. Elizetxea drückt das so aus: „Zuerst müssen wir weniger schädliche Nanoformen finden. Aber wir müssen auch der Industrie Instrumente für die Bewertung der Risiken entlang der Produktionskette an die Hand geben, sowie die Beeinträchtigung von Verbrauchern und der Umwelt beurteilen, um das Maß zu finden, bei dem ein sicherer Gebrauch gegeben ist.“ Aus dem Labor auf den Markt IZADI-NANO2INDUSTRY eröffnet der Automobilbranche Möglichkeiten zur Reaktion auf Forderungen des Marktes nach besseren Materialeigenschaften und verbesserter Ästhetik. Für die Bau- und Landmaschinenbranche hält es dünnere Komponenten, einen gesteigerten mechanischen Wirkungsgrad bei der Kraftübertragung an Maschinen, geringere Wartungskosten sowie eine verringerte Abhängigkeit von Diesel bereit, wodurch auch die CO2-Emissionen gesenkt werden. Letztlich ist die Palette möglicher Anwendungsgebiete unendlich groß. Sie reicht von Scheinwerferabdeckungen für Fahrzeuge bis hin zu Turbinen für die Wasserkraftindustrie und erstreckt sich sogar auf Haushaltseinrichtungen (wie etwa Badewannen) und medizinische Ausrüstungsgegenstände (wie etwa Behältnisse für Bluttests). Das Team bemüht sich nun darum, zusammen mit ersten Anwendern, die Produktion der Nanomaterialien im industriellen Maßstab sowie die vollständige Produktion der mithilfe der Nanotechnologie verbesserten und im Projekt untersuchten Komponenten zu erreichen. Außerdem arbeiten sie weiterhin an Instrumenten für die Verwendungssicherheit und Leitlinien.
Schlüsselbegriffe
IZADI-NANO2INDUSTRY, Nanomaterialien, Automobil, Bau, Landmaschinen, Komponenten, Teile aus Thermoplast, Teile aus Metall, Nanoindustrie, Nanosicherheit, Zugfestigkeit, Kratzbeständigkeit, Spritzgießen, Gießen, Beschichten
