Aus dem Themenbereich Hightech-Strategie

Nanotechnologie-Potentiale für die Produktion nutzen

Förderschwerpunkt "Nano geht in die Produktion"

Das Hightech-Produktions-Know-how hat in Deutschland mit dem Maschinen- und Anlagenbau eine lange Tradition. Das Zusammenspiel dieser Tradition mit einer vielfältigen industriellen Basis und der Beherrschung neuer Technologien sowie deren Integration in eine starke Produktionsforschung bildet eine spezifisch deutsche Stärke. Hier haben wir in einer globalisierten Welt große Chancen. Diese müssen wir nutzen. Hier setzte der Förderschwerpunkt "Nano geht in die Produktion" an.

Nanotechnologie als Querschnittstechnologie wird zukünftig in praktisch allen Bereichen der Technik eine bedeutende Rolle spielen. Sie wird weltweit als ein wesentlicher Innovationstreiber betrachtet. Als Herstellungstechnologie in atomarer und molekularer Dimension verfügen die Nanotechnologien über das Potenzial, prinzipiell jeden Produktionsbereich zu durchdringen.

Forschung

Deutschland ist in der Forschung derzeit führend in den Nanotechnologien. Für eine schnelle Umsetzung der Ergebnisse vom Labormaßstab über Technikums- und Pilotanlagen in die industrielle Praxis arbeiteten im Förderschwerpunkt "Nano geht in die Produktion" Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen in Verbundprojekten zusammen. Nur so konnte es gelingen, neuartige, leistungsfähige Produkte mit prozesssicheren, wirtschaftlichen Verfahren herzustellen. Dabei standen folgende Themen im Mittelpunkt:

• Herstellung nanoskaliger Partikel in großen Mengen und großer Reinheit
• Verarbeitung von nanoskaligen Partikeln in Matrixwerkstoffen
• Beschichtung von Oberflächen mit nanoskaligen Materialien
• Online-Analytik bei der Herstellung und Verarbeitung

Ziele

Für deutsche Unternehmen könnte die Integration der Nanotechnologien in die Produktion einen neuen Schub für Hightech-Produktionsverfahren bringen, die Produktivitätsvorsprünge und damit hochqualifizierte Arbeitsplätze in Deutschland sichern. Deutschland ist eine Industrienation. Nur wenn es gelingt, durch Hightech-Produktionsverfahren und Dienstleistungen auch in Zukunft Produktion in Deutschland wirtschaftlich zu ermöglichen, können Arbeitsplätze - auch in den vielen, von der Produktion abhängigen Dienstleistungsbereichen - erhalten und unser Lebensstandard gesichert werden.

• Um die Nanopartikel einem breiten Anwenderkreis zugänglich zu machen, mussten Verfahren zu deren Erzeugung aus dem Labor- und Technikumsmaßstab in die industrielle Produktion übertragen werden.
• Die effektive Dispersion von Nanopartikeln ist für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen eine notwendige Voraussetzung. Es wurden industrielle Verfahren zu Herstellung thermodynamisch stabiler Dispersionen entwickelt und in die Prozesskette eingebunden.
• Oberflächenbeschichtungen mit nanoskaligen Materialien besitzen die unterschiedlichsten Eigenschaften, die für verschiedene Anwendungen auch schaltbar sein können, hierfür wurden geeignete industrielle Verfahren entwickelt.
• Um die Prozesse und Verfahren reproduzierbar gestalten zu können, ist eine zuverlässige Online-Analytik notwendig. Es wurden Methoden zur Charakterisierung von Nanopulvern für die industrielle Anwendung entwickelt.

Ausgewählte Erfolgsgeschichten

Keramische Nanopartikel sind in unserem alltäglichen Umfeld in den unterschiedlichsten Produkten enthalten. In Wandfarben wirken Sie beispielsweise als weißes Pigment und in Sonnencremes sind sie für den UV-Schutz zuständig. Weiterhin ermöglichen sie jedoch auch die Erzeugung verschleißbeständiger Oberflächen, indem sie in weichere Materialien eingebaut werden und diese verstärken.

Im Verbundprojekt NANOPART wird die Eigenschaft der Verschleißminderung metallischer Oberflächen durch die Zugabe keramischer Nanopartikel genutzt. Zum einen werden im Bereich der Drucktechnik den konventionellen Werkstoffen, die mittels thermischen Spritzens auf die Oberflächen der Werkzeuge aufgebracht werden, keramische Nanopartikel zugeführt, um den Verschleiß zu minimieren. Zum anderen werden Stanzgeometrien für die Bearbeitung von Papier- und Folienwerkstoffen, die bislang durch Ätzverfahren hergestellt werden, mittels Laserauftragschweißen generiert und durch den Zusatz keramischer Nanopartikel verstärkt. Bei beiden Verfahren besteht die Herausforderung darin, die im Rahmen des Projekts erzeugten Nanopartikel dem jeweiligen Prozess konstant und reproduzierbar zuzuführen, um eine gleichmäßige Verteilung der Nanopartikel in den erzeugten Schichten zu gewährleisten.

Im Projekt NANODIREKT wurden eine integrierte Anlage und ein Verfahren zur Herstellung und Kunststoffaufbereitung von Nanodispersionen in Kunststoffen erarbeitet. Die innovativen Verbundkunststoffe übertreffen konventionelle hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften bei weitem: So weisen die von der Firma Bada AG nach dem Nanodirektverfahren hergestellten Fußballschuhsohlen eine um den Faktor 20 erhöhte Bruchdehnung auf. Diese im Projekt entwickelten langzeitstabilen Verbundkunststoffe können so eine Vielzahl weiterer, branchenübergreifender Anwendungen erschließen.

Weitere Informationen finden Sie auf dem Portal zur Produktionsforschung.