Sino & German Forum on Composites Engineering and Applications

March 25-26, 2021 saw the first virtual Sino & German Forum on Composites Engineering and Applications, hosted by SAMPE (Society for the Advancement of Material and Process Engineering) China Mainland Region, in collaboration with Composites United and the Sino-German Association of 3D-Printing and Lightweight. On the one hand, the successful forum was going to build up and further tighten a Sino-German networking for communication and cooporation on composites. On the other hand, to provide a leading platform of materials, process, engineering and applications on composites. All partners involved were and will be working towards more technical, marketing, capital cooperation between China and Germany, not only through the forum alone.

Composites United

Dr. Gunnar Merz Geschäftsführer

+49 4141 407 40-0

gunnar.merz@ compositesunited.com

www.composites-united.com

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German-South Korean project successfully completed after three years

The MAI iTECK project – International Trainings of educational competences in South Korea was successfully completed in 2020. The project consortium, consisting of the Application Center of the University of Augsburg (AMU), Eckert Schulen, and MAI Carbon of Composites United e.V. (CU), started work in 2017. Their goal was to adapt training-based content on materials-related occupational profiles to the needs of the South Korean market and to make the successful German model of dual training usable abroad. In workshops, during delegation trips, train-the-trainer-visits in Germany as well as at trade fairs, the project team succeeded in expanding the network in South Korea in the long term, pushing the training concept as an important component of skills development for young people as well as establishing junior and student programs at international trade fairs. Likewise of lasting help will be the bonds tied between Germany and South Korea.

Composites United | MAI Carbon

Dipl.-Kfm. Univ. Sven Blanck

Stellv. Geschäftsführer MAI Carbon

+49 821 26 84 11-15

sven.blanck@mai-carbon.de

www.composites-united.de

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Internationalization projects with Japan on track despite Corona

Since the starting signal was given on April 01, 2020, the two technical projects with German-Japanese consortia under the InterSpin+ internationalization measure have been running as per plan despite the Corona pandemic. The project will end on March 31, 2023. In both projects industrial partners from Japan‘s largest fiber composite center, the Innovative Composite Center (ICC) in Kanazawa, are cooperating with German CU members. Regular online project meetings and video conferences ensure smooth project work.

Close contact The “High Performance Recycled Carbon Fibre Composites“ (HiPeR) project aims at developing economically attractive products made of recycled carbon fibres with high mechanical performance. “Continuous Forming of Carbon Fibre Reinforced Thermoplastic Profiles for Structural Applications“ (ThermoPros) deals with automated production chains for structural, straight and curved thermoplastic profiles for aerospace and automotive applications. Tassilo Witte, project manager at CTC GmbH and coordinator of both collaborative projects, is happy: “We are on schedule and will achieve the project goals planned.“

Composites United, CC Nord

Dr. Bastian Brenken

+49 4141 40 74 01-15

bastian.brenken@compositesunited.com

www.composites-united.com

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Exchange, understanding, cooperation

For informative exchange with the strategically important Chinese market as well as with Chinese members in the CU network, the new CU working group “German Chinese Composite Cooperation“ (GCCC) was founded. The aim is to advance key topics of common interest such as green technologies, digitalization and supply chains with China for the mutual benefit of the stakeholders involved, while improving intercultural German-Chinese understanding. The topics of the GCCC working group include China‘s Five-Year Plan (2021–2025), China‘s mega project BRI (Belt and Road Initiative) and the EUAsia connectivity strategy for mutual closer cooperation. The WG is supported by Sigang He, the CU‘s China representative, who brings his extensive expertise on Sino-German cooperation to CU members. Are you interested in the new GCCC working group and do you want to participate? CU members can use this new platform, like all CU working groups, free of charge.

Composites United

Dr. Bastian Brenken

Leiter AG GCCC

+49 4141 40 74 01-15

bastian.brenken@compositesunited.com

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Weiterbildungsreihe Künstliche Intelligenz & Smart Learning

Künstliche Intelligenz (KI), Digitalisierung in der Produktion, Prozessinnovationen, Smart Learning und Strategien zur Einbindung der Belegschaft nannten KMU-Vertreter*innen in einer Umfrage als wegweisende Herausforderungen ihrer Zukunft. Im Rahmen des Projekts MAI digi@ work erarbeitete dazu der bayerischen Spitzencluster MAI Carbon insgesamt sechs innovative, praxisnahe Module. Teilnehmende lernen in den einzelnen Modulen sowohl die Anforderungen und Methoden von morgen kennen als auch eignen sie sich die für ihre erfolgreiche Bewältigung benötigte Digitalkompetenz an.

Das Angebot ist:

■ modular und praxisorientiert aufgebaut,

■ mit exzellenten Referent*innen ausgestattet,

■ für MAI Carbon Mitglied kostenfrei buchbar!

Die Weiterbildungsreihe richtet sich an Mitarbeiter*innen von kleinen und mittleren Unternehmen in Bayern, an Auszubildende, studentische Kräfte, Techniker*innen bzw. Meister- *innen und an alle, die sich beruflich für die Themen interessieren. Nähere Informationen zum Projekt und der Fortbildungsreihe erhalten Sie online oder gerne auch in einem persönlichen Gespräch.

MAI Carbon | Composites United

Dr. Tjark von Reden Geschäftsführer

+49 157 76 81 11 82

tjark.v.reden@mai-carbon.de

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Jedes Messer ein Unikat – edler Damaststahl mit Griff aus Carbon

„Sehr glücklich“ ist Sebastian Vossmann, Geschäftsführer der niedersächsischen Scherenmanufaktur Paul, über seine Entscheidung, neue Wege mit Carbon zu gehen. Nun liegt der Prototyp des dabei entwickelten Messers vor: Stahlklinge, in der Topversion aus Damast, mit einem Griff aus mehrlagigem Carbon, effektvoll geschliffen. Unterstützt wurde die Neuentwicklung durch das EU-EFRE-Förderprogramm, vermittelt über das Netzwerk CU Nord des Composites United e.V.

Warum macht ein Scherenschleifer Messer? Warum mit einem Griff aus Carbon?

Sebastian Vossmann: Das Unerwartete, Außergewöhnliche ist unsere Chance. Unsere Manufaktur wurde im Jahr 1886 gegründet und war lange Zeit führend in Europa. Doch mit rund 50 Angestellten sind wir heute ein eher kleiner Betrieb und Großkunden beziehen viel Massenware aus dem Ausland. Wenn wir in zehn, 20 Jahren noch existieren wollen, muss ich den Manufaktur-Aspekt wirtschaftlich machen und die meisterliche Handarbeit herausstellen. Das ‚Carbon-Messer‘ ist ein ideales Beispiel dafür. Jedes Messer ist ein Unikat. Es wird in unserer Region aus hochwertigsten Materialien sorgfältig gefertigt – so ein Stück hat nicht jeder.

Worin liegt die Faszination?

Vossmann: Zum einen sind die Carbongriffe echte Hingucker. Optisch erinnern die angeschliffenen Carbonlagen an Holz, haptisch offenbart sich dann das Neue, Glatte, Griffige. Das Messer ist – selbstverständlich – austariert und liegt mit seinem ergonomisch geformten Griff gut in der Hand, trotzdem fällt die materialspezifische Leichtigkeit von Carbon auf. Zudem ist unsere Messer-Neuheit ein echtes Recycling-Produkt. Die Klinge wird aus dem Rumpfmaterial von ausrangierten Eurofightern geschmiedet, das Carbon für den Griff war früher in Airbus Seitenleitwerken verbaut.

Innovation ist für uns überlebens- notwendig. Wir können nur mit dem Manufaktur-Gedanken punkten, mit dem ganz Besonderen.

« Sebastian Vossmann

Wie kamen Sie auf den Stahl-Carbon-Materialmix?

Vossmann: Die Idee kam in einem Gespräch unter IHK-Kollegen auf, als wir Chancen und Risiken ungewöhnlicher Produktentwicklungen erörterten. Umgesetzt haben wir die Idee mit dem Messergriff aus Carbon dann, weil die Entwicklung durch Vermittlung des CU Nord mit EU-Mitteln gefördert wurde. Der CU stellte auch den Kontakt zu unserem Carbon-Verarbeiter in Hamburg her.

Warum ein eigener Carbon-Verarbeiter?

Vossmann: Carbon muss von Fachleuten bearbeitet werden, dafür haben wir weder die Maschinen noch die Erfahrung. In unserer Manufaktur führen wir die Einzelteile dann zusammen, wir „verheiraten“ die Stahl-Klingen mit den Carbon-Griffen und übernehmen das gesamte Finish.

Wie verbinden Sie Stahl und Carbon?

Vossmann: Das wird bei uns geklebt, wie genau ist Betriebsgeheimnis. Auch diesen Prozess mussten wir uns erst erarbeiten. Wir waren und sind ein wirklich tolles Team. In insgesamt nicht einmal sechs Monaten haben wir – CU, CB Composites und die Scherenmanufaktur Paul – gemeinsam ein völlig neues Produkt entworfen und zur Serienreife gebracht. Das würde ich gern und jederzeit wieder machen.

Serienreife? Wie viele Messer wollen Sie herstellen?

Vossmann: Momentan fertigen wir nicht mehr als fünf dieser extravaganten Messer im Monat. Insgesamt dürfte die Jahresproduktion wohl 100 Stück nicht überschreiten. Zielgruppe sind zunächst Profi-Köche, wir können uns aber auch Jagdmesser oder Brieföffner in dieser Ausführung vorstellen.

Wie viel soll ein solches Messer mit Carbongriff kosten?

Vossmann: Der genaue Preis steht noch nicht fest, aber Sie können von einem hohen dreistelligen Betrag ausgehen. Wie gesagt, das sind exklusive Stücke – und wir sind auf jedes einzelne sehr stolz!

Das Netzwerk CU Nord des Composites United e.V. (CU) setzt das EU-EFRE Förderprogramm „Innovationsnetzwerke“ regional mitverantwortlich um. Es unterstützt KMU, die Prototypen mit neuen LeichtbauMaterialien oder in additiver Fertigung herstellen. In der Süderelbe Region ist das Förderprogramm angesiedelt im Smart Region Leitprojekt „Kompetenzzentrum neue Materialien und Produktion“ (KNMP), das bis 30. Juni 2021 läuft.

Scherenmanufaktur Paul, Harsefeld Sebastian Vossmann

+49 4164 89 87-10

sv@scherenmanufaktur-paul.de

www.scherenmanufaktur-paul.de

Herstellung der Messergriffe aus Carbonblöcken:

CB Composites, Hamburg

Constantin Baehns

www.cbcomposites.de

Model-driven design and analysis – paving the way towards sustainable lightweight design

The presented approach enables informed decision-making among different bioinspired product variants by facilitating fast creation of several product design variants, with the addition of numerous modifications. These can range from resource saving material choice, bioinspired structures to suitable product end-of-life strategies. Different variants can be simultaneously compared in terms of ecological and economic aspects along the product life cycle. The systematic transfer and application of materials, structures and principles from nature to products and industry is associated with a paradigm shift from constant efficiency optimization and maximum growth towards sustainable strategies, long-term efficiency and robustness. Besides new material and product properties this also requires new production architectures and changes in processes development, processes and planning. Model-driven design and analysis serves as a powerful tool to facilitate this process of change.

Fair balance

Lightweight construction aims to increase resource efficiency by reducing the mass of components. However, lightweight materials like fiber-reinforced polymers or high performance metal alloys often have a relatively unfavorable ecological footprint in production and disposal. Aiming for a favorable overall balance, environmental accounting as part of design studies is indispensable. Moreover, in order to identify an optimal part design in terms of sustainability measures, all relevant design variants have to be evaluated. This becomes possible by the utilization of model-driven design synthesis of lightweight components. Specifically, Fraunhofer IGCV develops model-driven design workflows for lightweight design with the help of a graph-based design language implemented in the Design Cockpit 43® tool suite. The underlying design methodology is being developed at the University of Stuttgart and IILS mbH.

Zeroing in on the best for each purpose

In this context, exemplarily shown in the field of urban air mobility, a modular design program refines the component model step by step, driven by physical or heuristic design rules. A design task is specified through a set of functions and requirements, e.g. mechanical loads. A solution principle, e.g. a load carrying beam, implements the specified functions. Thereafter design steps like shape selection, material selection, sizing and detail design (production-specific) are executed automatically. Thanks to a modular architecture of the design sequence bio-inspired design aspects can be implemented in each of these steps. The design sequence is executed automatically, so that multiple variants can be generated without manual engineering efforts. Each variant is analyzed with respect to its weight, costs and environmental impact. As more and more design and analysis modules are implemented, the available design space is explored with increasing accuracy. All phases of the product life cycle can potentially be considered. Finally, the characteristics of all generated design variants are compared in a pareto-analysis, which will help engineers to identify variants which offer a favorable tradeoff between different criteria. All design data like forces and moments, laminate stacking, CAD models, etc. are readily available for an in-depth analysis of a particular variant (fig. 2).

Yielding the fruit

The presented design methodology provides a framework for studying complex interdependencies in lightweight design. In this way it is possible to evaluate the consequences of applying for example bionic structures, bio-based materials or bio-inspired algorithms to a specific design problem. The resulting “biological” variants can be compared to conventional variants in terms of sustainability and performance measures in order to verify whether they actually have a positive impact or not. We are convinced that with this approach one can identify numerous beneficial applications for sustainable lightweight structures.

Fraunhofer Institute for Casting Composite and Processing Technology IGCV, Augsburg

Maximilian Holland

Online-Process-Monitoring

+49 821 906 78-268

maximilian.holland@igcv.fraunhofer.de

Dr. Marion Früchtl

Biological Transformation

marion.fruechtl@igcv.fraunhofer.de

www.igcv.fraunhofer.de/en.html

Roland Weil

IILS mbH

weil@iils.de www.iils.de

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Materialien und Prinzipien der Natur in der Technik nutzen

Im „Kompetenzzentrum Biointelligenz“ arbeiten 40 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler intensiv und interdisziplinär zusammen, um gemeinsam den Paradigmenwechsel der Biologischen Transformation zu gestalten. Soft-, Hard- und Bioware sind die Bausteine für eine Neuorientierung der industriellen Wertschöpfung. Davon sind die Fachleute der Universitäten Stuttgart und Hohenheim, des NMI in Reutlingen und der Fraunhofer-Institute IPA, IGB, IAO, IBP in Stuttgart überzeugt, die im Kompetenzzentrum auf so unterschiedlichen Gebieten wie Maschinenbau, Biologie, Biotechnologie, Medizintechnik, Architektur, Ernährungswissenschaften und Informatik forschen. Ihr gemeinsames Ziel ist eine nachhaltige Produktion und Lebensweise, die den Namen auch verdient. Die Biologische Transformation der industriellen Wertschöpfung bedeutet die zunehmende Nutzung von Materialien, Strukturen, Prozessen und Organismen der belebten Natur in der Technik. Diese systematische Anwendung von Wissen über biologische Prozesse führt zu einer zunehmenden Konvergenz von Produktions-, Informations- und Biotechnologie mit dem Po tenzial, künftige Produkte, Herstellprozesse, Organisationen, kurz: die Lebensweise der Menschen insgesamt, tiefgreifend zu verändern.

Biointelligenz-Blog ist online

Am Tag vor Ostern 2021 ging der BiointelligenzBlog des Fraunhofer IPA online. Seine vielfältigen wöchentlichen Beiträge aus dem Umfeld der Biologischen Transformation thematisieren unter anderem Bionik, Bioökonomie und vor allem Biointelligenz. „Die Digitale Transformation der Produktion, die unter dem Schlagwort Industrie 4.0 bereits weit fortgeschritten ist, reicht nicht aus, um die essenziellen Herausforderungen der Gesellschaft zu meistern. Simultan bahnt sich mit der Biologischen Transformation eine neue Revolution an. Sie ist mindestens von ebenso hoher, wenn nicht höherer Bedeutung als Industrie 4.0“, prognostiziert Prof. Thomas Bauernhansl, Leiter des Fraunhofer IPA. Nahezu alle industriellen und gesellschaftlichen Bereiche werden von der Etablierung einer biointelligenten Wertschöpfung massiv beeinflusst werden. Der Blog bietet sich als Informations- und Diskussionsplattform an für Vertreter von Industrie, vor allem auch KMU, Politik, Wissenschaft und der interessierten Öffentlichkeit.

« Eine radikale Transformation der traditionellen industriellen Wertschöpfung ist unvermeidlich. Zu Deutsch: So geht es nicht weiter! Zu viel, zu schnell, zu hoch, zu schwer… […] Ein grundsätzlicher Wandel muss her. «

Dr. Birgit Spaeth, Blog Biointelligenz

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart

Dr. phil. Birgit Spaeth

+49 711 970-1810

birgit.spaeth@ipa.fraunhofer.de

www.ipa.fraunhofer.de

www.biointelligenz.de

www.biotrain.info

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SensoSkin – Zustandsüberwachung in Multimaterial-Bauteilen

Die Biologische Transformation beschreibt die Nutzung von Materialien, Strukturen und Prozessen der belebten Natur in der Technik. Das Vorgehen zielt darauf, neue und innovative Problemlösungsmöglichkeiten für eine nachhaltige Wertschöpfung zu erarbeiten. Knochen zum Beispiel umgibt eine sensitive Knochenhaut. Nach diesem Vorbild können bauteilumgebende Fasersensoren ein Versagen in Multimaterialbauteilen signalisieren. Die Kombination von metallischen und Faserverbundwerkstoffen bietet ein hohes Potenzial für die Realisierung von Leichtbaustrukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Eine Herausforderung stellt jedoch die Detektion von Fehlern sowie die Zustandsüberwachung im Bauteil und an der Grenzfläche der Multimaterialstruktur dar

« Integrierte Sensoren finden Anwendung im Automobil-, Luftfahrt-, Maschinenbau- oder Sportsektor.« Maximilian Binder, M. Sc.

Derzeit arbeitet das Fraunhofer IGCV zusammen mit der Enari GmbH an der Entwicklung einer sensitiven Außenhaut aus Glasfasern. Sie soll in Leichtbaustrukturen Schäden wie zum Beispiel Delaminationen detektieren können, analog der schmerzempfindlichen Knochenhaut, die eine (übrigens gewichtsoptimierte) Knochenstruktur umhüllt.

Fühlen, sehen, wissen

Beispielhaftes Forschungs- und Entwicklungsobjekt war ein Snowboard. Im HandlaminierVerfahren wurden an der Grenzfläche zwischen seinem Holzkern und der Außenschicht aus Glasfaserverbundwerkstoff sogenannte FiberBragg-Gitter-Sensoren (FBG) eingebracht. Die gesamte Struktur wurde nachträglich in einer Heizpresse umgeformt und ausgehärtet. In die FBG-Lichtwellenleiter sind optische Interferenzfilter eingeschrieben. Sie reflektieren eingehendes Licht entsprechend der Bragg Wellenlänge. Veränderungen im Brechungsindex des Glaswerkstoffs können detektiert und so Rückschlüsse auf den Spannungszustand im Bauteil gezogen sowie Schwingungsfrequenzen gemessen werden.

Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik (IGCV), Augsburg Multimaterialbauweisen: Prof. Dr. Iman Taha +49 821 906 78-252 iman.taha@igcv-fraunhofer.de Sensorik: Maximilian Binder, M. Sc. maximilian.binder@igcv. fraunhofer.de

Biologische Transformation:

Dr. Marion Früchtl

marion.fruechtl@igcv.fraunhofer.de

www.igcv-fraunhofer.de

Enari GmbH Anwendungsbeispiel:

Sebastian Rettlinger

sebastian.rettlinger@enari.de

www.enari.de

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