Fraunhofer Forschungsfeld Leichtbau bündelt Kompetenzen aus 16 Instituten

Seit 2025 leitet das Fraunhofer IWU das Forschungsfeld Leichtbau. Dieser Zusammenschluss bündelt die Kompetenzen von 16 Fraunhofer-Instituten und bildet damit eine interdisziplinäre Plattform entlang der gesamten Wertschöpfungskette des Leichtbaus – von der Materialentwicklung bis zur validierten Anwendung im Produkt. Ziel ist es, Unternehmen integrierte Forschungs‑ und Entwicklungsleistungen aus einer Hand bereitzustellen und Innovationen effizient in industrielle Anwendungen zu überführen.

Beispiel 3D-FiberTrain : Frontmaske eines ICE zügig entwickeln und ohne teure Formen schneller fertigen

Im Projekt 3D-FiberTrain zeigten die Institute Fraunhofer IWU und Fraunhofer IMWS gemeinsam mit Industriepartnern, wie durch die Kombination von großformatigem 3D-Druck und dem 3D-Tapelegeverfahren die werkzeugfreie Herstellung komplexer und hochbelastbarer thermoplastischer Faserverbundbauteile für Schienenfahrzeuge gelingt. Der Verzicht auf Formwerkzeuge, der hohe Automatisierungsgrad sowie der Einsatz wiederverwendbarer Thermoplast-basierter Ausgangsmaterialien senken die Herstellkosten ebenso wie den CO₂-Fußabdruck. Dies gilt besonders für die Herstellung kleiner und mittlerer Stückzahlen.

© Fraunhofer IFAM

Leichtbau für großvolumige Bauteile: Die neu entwickelte flexible Fräskinematik auf einer Linearachse bearbeitet ein CFK-Flugzeugseitenleitwerk im Maßstab 1:1 mit hoher Präzision.

© Fraunhofer IST

Anlage für multifunktionale und smarte Oberflächenveredelungen, beispielsweise für optische Funktionen oder zur Erzielung von Antihaft- bzw. antibakteriellen Eigenschaften. Auch Dünnschichtsensorik kann aufgebracht werden.

Innerhalb von drei Jahren realisierte das Konsortium zwei großformatige Demonstratoren: eine Frontschürze sowie eine Bugnase eines Hochgeschwindigkeitszuges. Das eingesetzte glasfaserverstärkte Polycarbonat wurde gezielt so ausgewählt und modifiziert, dass es die extrem hohen, schienenfahrzeugspezifischen Brandschutzanforderungen erfüllt. Der integrierte Flammschutz stellt besondere Herausforderungen bei der Verarbeitbarkeit im 3D-Druck dar. Diesen begegneten die Forschenden mit vorangestellten Prozesssimulationen, die beispielsweise den thermisch bedingten Bauteilverzug oder Delaminationen vorhersagen können und so kostspielige Fehldrucke vermeiden. Darüber hinaus ermöglichten spezielle Strukturoptimierungsmethoden, die Anzahl der aufgebrachten Verstärkungstapes auf das mechanisch notwendige Minimum zu reduzieren – neben dem Entfall von Formwerkzeugen ein entscheidender Hebel für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. In weiterführenden Arbeiten soll zukünftig die direkte Verarbeitung von Rezyklat im großformatigen 3D-Druck untersucht werden, um die Kreislaufführung thermoplastischer Schienenfahrzeugkomponenten weiter voranzutreiben. Das Projekt belegt damit das Potenzial additiver Fertigung, Entwicklungszeiten im Schienenfahrzeugbau drastisch zu verkürzen und gleichzeitig nachhaltige, recyclingfähige Leichtbaustrukturen zu realisieren.

Fraunhofer Forschungsfeld Leichtbau: Allianz aus 16 Instituten

Das Forschungsfeld vereint umfassende Kompetenzen für die Entwicklung und Optimierung hochmoderner Fertigungsprozesse für Leichtbaustrukturen, darunter hybride Thermoplast‑Bauteile, RTM‑ und Hochdruck-RTM-Verfahren, automatisierte Tape- und Prepregverarbeitung sowie innovative Ansätze zur Nutzung recycelter Fasermaterialien. Ergänzt wird dies durch Expertise in Verbindungs‑ und Oberflächentechnologien, etwa in der Klebtechnik, Laserbearbeitung und funktionalen Oberflächenveredelung, um multifunktionale und langlebige Produkte zu realisieren.

Für die Absicherung der entwickelten Lösungen stellt das Forschungsfeld eine umfangreiche Test- und Validierungsinfrastruktur bereit. Diese reicht von hochauflösender zerstörungsfreier Prüfung, etwa mittels Hochenergie-CT für große Bauteile, bis hin zu realitätsnahen Prüfständen für komplette Fahrzeuge. Ergänzt wird dies durch spezialisierte Verfahren wie Röntgendiagnostik bei Crashbelastungen sowie umfassende Prüf- und Bewertungsmethoden für neuartige Werkstoffe, einschließlich biobasierter und naturfaserverstärkter Materialien.

Neben diesen technologischen Kernkompetenzen steht das Fraunhofer Forschungsfeld für Kreislaufwirtschaft und entwickelt Lösungen für das Recycling von Composites, die Wiederverwendung von Materialien sowie digitale Ansätze zur Optimierung von Recyclingprozessen.

Einen weiteren Schwerpunkt bildet der Leichtbau für batteriegetriebene Fahrzeuge. Hier werden funktionsintegrierte Strukturen, neue Batteriekonzepte sowie CO₂-reduzierte Leichtbaulösungen entwickelt, die sowohl die Energieeffizienz als auch die Reichweite zukünftiger Mobilitätslösungen erhöhen. Das Fraunhofer IWU ist dabei federführend in der Erforschung von Metallschaum als innovative Lösung für leichte und robuste Batteriegehäuse mit optimiertem Thermomanagement.

© Fraunhofer IAP / Kristin Stein

Im Rahmen der Carbon Lab Factory Lausitz errichtet das Fraunhofer IAP am Standort Guben eine Pilotanlage zur Herstellung nachhaltiger, kostengünstiger und wettbewerbsfähiger Carbonfasern.

© Fraunhofer IGCV / Thomas L. Fischer

Pyrolyseofen des Fraunhofer IGCV zur Untersuchung des Recyclings faserverstärkter Kunststoffe (Separation von Fasern und Matrix mittels Pyrolyse). Kreislaufwirtschaftliche Ansätze haben für die Akzeptanz von Composites eine wachsende Bedeutung.