在轻量化研究领域开展合作的弗劳恩霍夫研究所

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自2025年起，弗劳恩霍夫IWU研究所负责领导弗劳恩霍夫学会轻量化研究领域。这一联盟汇聚了16家弗劳恩霍夫研究所的专业能力，从而构建了一个覆盖轻量化全价值链—从材料开发到产品中经过验证的应用—的高效跨学科平台。其目标是为企业提供“一站式”的集成研发服务，并将创新高效地转化为工业应用。

弗劳恩霍夫IWU研究所目前负责协调这些活动。只有当概念能够转化为产品时，开创性的想法才能真正成为创新：基于这一理念，弗劳恩霍夫IWU研究所将重点放在符合材料和制造要求的轻量化上。其中一个核心方法是所谓的“系统轻量化”，该方法对材料、结构设计和生产工艺进行整体优化。其目标是减轻重量、节约资源，同时提高汽车、机械和设备制造等领域零部件的性能。

3D-FiberTrain - 高速列车车头鼻锥的打印

案例“3D-FiberTrain”：快速开发ICE列车前格栅，并无需昂贵模具即可加速生产

在“3D-FiberTrain”项目中，弗劳恩霍夫IWU研究所和弗劳恩霍夫IMWS研究所与行业合作伙伴共同展示了如何通过结合大型3D打印和3D带状铺层工艺，成功实现轨道车辆用复杂且高承重热塑性纤维复合材料部件的无模具制造。无需模具、高度自动化以及使用可重复利用的热塑性基材，不仅降低了制造成本，还减少了碳足迹。这对中小批量生产尤为适用。

在三年内，该联盟成功制造了两件大型验证样机：高速列车的车头裙板和车头鼻锥。所使用的玻璃纤维增强聚碳酸酯经过专门筛选和改性，以满足轨道车辆特有的极高防火要求。这种集成阻燃特性给3D打印的加工性带来了特殊挑战。研究人员通过前期工艺模拟应对了这一挑战，例如，这些模拟可以预测因热应变导致的部件变形或分层，从而避免了代价高昂的打印失败。

此外，特殊的结构优化方法使所使用的增强带数量减少到机械性能所需的最低限度 — 除了省去模具外，这也是该工艺经济性的关键因素。在后续研究中，将探索在大尺寸3D打印中直接处理再生材料，以进一步推动热塑性轨道车辆部件的循环利用。该项目由此证明了增材制造在大幅缩短轨道车辆制造开发周期，同时实现可持续、可回收的轻量化方面的潜力。

大尺寸部件的轻量化制造：新开发的基于线性轴的柔性铣削运动学系统，

能够以1:1的比例高精度加工碳纤维增强塑料（CFRP）飞机水平尾翼

弗劳恩霍夫轻量化研究领域：由16家研究所组成的强大联盟

轻量化研究领域汇集了开发和优化轻量化先进制造工艺的全面专业能力，包括热塑性混合材料部件、RTM和高压RTM工艺、自动化带材和预浸料加工，以及利用再生纤维材料的创新方法。此外，该领域还拥有连接与表面处理技术方面的专业知识，例如粘接技术、激光加工和功能性表面处理，以实现多功能且经久耐用的产品。

为了验证所开发的解决方案，该研究领域提供了一套全面的测试和验证基础设施。这些设施涵盖从高分辨率无损检测（例如针对大型部件的高能CT扫描）到用于整车的逼真测试台。此外，还辅以专业工艺，如碰撞载荷下的X射线诊断，以及针对新型材料（包括生物基材料和天然纤维增强材料）的全面测试与评估方法。

除了这些核心技术能力外，弗劳恩霍夫循环经济研究领域还致力于开发复合材料回收、材料再利用以及优化回收流程的数字化方案。

另一个重点是电池驱动车辆的轻量化。在此领域，联盟致力于开发功能集成结构、新型电池概念以及低碳轻量化解决方案，以提升未来移动出行解决方案的能效和续航里程。弗劳恩霍夫IWU在金属泡沫材料的研究中处于领先地位，将其作为一种创新解决方案，用于制造轻质且坚固的电池外壳，并优化其热管理性能。

弗劳恩霍夫应用聚合物研究所（IAP）于一年前成为该研究领域的新成员。弗劳恩霍夫IAP在轻量化领域的研发工作主要聚焦于聚合物基材料和纤维复合材料技术。该研究所开发定制化的轻量化解决方案，涵盖从特殊聚合物的合成、半成品和原型，到适用于工业生产的高性能部件制造工艺。

弗劳恩霍夫IAP还致力于推动循环材料的可持续性，例如通过开发生物基聚合物和碳纤维，以及便于回收的复合材料。在此过程中，IAP有针对性地研究轻量化结构的报废处理方案及回收利用策略。此外，该研究所还致力于开发氢气储存装置的轻量化解决方案以及小型风力发电机的高效叶片，在这些项目中，结构设计、空气动力学和制造工艺将得到综合优化。