Werkstoff- und Bauteilprüfung, Schadensanalyse und Materialdiagnostik

Ob Spritzgussteil, Hochleistungsfaserverbund oder Sandwichstruktur: Das Fraunhofer IMWS unterstützt Industrieunternehmen bei der Werkstoff- und Bauteilprüfung, Schadensanalyse und Materialdiagnostik. Wir verbinden zerstörungsfreie Prüfung, morphologische Analyse, Polymerdiagnostik, mechanische Tests und strukturmechanische Bauteilberechnung zu einer durchgängigen Bewertung.

Das besondere Profil des Fraunhofer IMWS liegt in der Verknüpfung von Mikrostruktur, Materialverhalten und realem Bauteileinsatz. Statt einzelne Messwerte isoliert zu betrachten, machen wir Zusammenhänge zwischen Verarbeitung, Struktur, Belastung und Versagen sichtbar. Dabei berücksichtigen wir anwendungs- und prozessrelevante Lasten, Deformations- und Versagensmechanismen sowie Einblicke in die Struktur von Werkstoffen und Bauteilen bis auf die Mikroskala.

Ihr Nutzen: belastbare Entscheidungen für Werkstoffauswahl, Bauteilauslegung, Prozessoptimierung, Qualitätssicherung und Schadensvermeidung – von der ersten Entwicklung bis zur serienmäßigen Herstellung und Nutzung, und wenn es sein muss, auch im konkreten Schadensfall.

Kunststoffbauteile ganzheitlich bewerten – von der Mikrostruktur bis zum Einsatzverhalten

Das Fraunhofer IMWS verbindet zerstörungsfreie Prüfung, Polymer-Diagnostik, mechanische Bauteilprüfung und strukturmechanische Simulation. So entstehen keine isolierten Messwerte, sondern belastbare Aussagen zu Materialqualität, Prozessstabilität, Schadensursache und Bauteilsicherheit.

Unsere besondere Expertise für Sie: Wir verknüpfen Erkenntnisse aus der Mikrostruktur des Werkstoffs mit realitätsnahen Belastungstests und digitalen Berechnungsmodellen – für eine fundierte Werkstoffauswahl, optimierte Kunststoffverarbeitung und zuverlässige Produkte.

Unsere Leistungen für Sie

Kunststoffbauteile ganzheitlich bewerten – von der Mikrostruktur bis zum Einsatzverhalten

Innere Fehlstellen, prozessbedingte Strukturunterschiede oder beginnende Schädigungen bleiben bei einer rein visuellen Prüfung häufig unentdeckt. Mit zerstörungsfreien und mikroskopischen Verfahren machen wir kritische Bereiche im Kunststoffbauteil sichtbar und bewertbar.

Untersuchungsmethoden und Ausstattungshighlights:

  • Röntgen-Computertomografie (CT) zur dreidimensionalen Untersuchung von Porositäten, Einschlüssen, Rissen, Delaminationen und Kernschäden
  • Ultraschallprüfung und aktive Thermografie zur Detektion von Grenzflächenfehlern, Ablösungen und Schädigungen in Faserverbund- und Sandwichstrukturen
  • Digitale 3D-Bildauswertung zur quantitativen Bewertung von Fehlstellen, Faserarchitekturen und lokalen Strukturabweichungen

Ihr Nutzen:

Sie erkennen qualitätskritische Fehlstellen frühzeitig, können Auffälligkeiten zielgerichtet untersuchen und Ursachen aus Material, Verarbeitung oder Einsatzbelastung sicher voneinander abgrenzen.

Mehr Informationen zu den Methoden der zerstörungsfreien Prüfung.

Ob Materialprobe, Spritzgussteil oder komplexes Faserverbundbauteil: Das Fraunhofer IMWS entwickelt und realisiert Prüfkonzepte, die Ihre reale Anwendung abbilden. Dabei reichen die Untersuchungen von standardisierten Werkstofftests bis zu individuell entwickelten Bauteilprüfungen.

Untersuchungsmethoden und Ausstattungshighlights:

  • Mechanische Prüfungen auf Coupon-Ebene: Zug-, Druck-, Biege-, Schub- und Torsionsprüfungen für Kunststoffe, Faserverbunde und Sandwichmaterialien
  • Bruchmechanische Prüfungen zur Bewertung von Rissinitiierung, Risswachstum, Delamination und Resttragfähigkeit
  • Statische und zyklische Bauteilprüfungen auf elektromechanischen und servohydraulischen Prüfmaschinen
  • Ermüdungs- und Dauerfestigkeitsprüfungen unter anwendungsrelevanten Belastungen
  • Klimaauslagerung und Prüfungen unter Temperatur- und Feuchteeinfluss in Klimakammern und temperierten Prüfaufbauten
  • Optische Vollfeld-Dehnungsmessung mittels Digital Image Correlation (DIC) zur hochauflösenden Erfassung lokaler Dehnungen und kritischer Lastpfade
  • Entwicklung individueller Prüfaufbauten, Prüfvorschriften und Bewertungsmethoden inklusive Unterstützung bei Normung und Standardisierung

Ihr Nutzen:

Sie erhalten belastbare Kennwerte und realitätsnahe Nachweise für Materialfreigaben, Serienabsicherung, Qualitätskontrolle und die Entwicklung neuer Kunststoffbauteile.

Mehr Informationen zu den Möglichkeiten der Werkstoff- und Bauteilprüfung am Fraunhofer IMWS.

Hochleistungsfaserverbunde und Sandwichstrukturen bieten große Leichtbaupotenziale. Gleichzeitig reagieren sie empfindlich auf komplexe Lasten, Fehlstellen, Klimaeinflüsse oder lokale Beschädigungen. Das Fraunhofer IMWS bewertet deshalb nicht nur die Festigkeit, sondern das tatsächliche Einsatzverhalten und die Schadenstoleranz Ihrer Bauteile.

Untersuchungsmethoden und Ausstattungshighlights:

  • Strukturmechanische Finite-Elemente-Berechnungen für Kunststoff-, Faserverbund- und Sandwichbauteile
  • Mesostrukturbasierte Modellierung von Fasern, Gelegen, Grenzflächen, Kernmaterialien und lokalen Materialeigenschaften
  • Simulation von Deformations- und Versagensmechanismen, beispielsweise Faserbruch, Delamination, Grenzflächen- oder Kernschubversagen
  • Bewertung von Resttragfähigkeit und Schadenstoleranz nach definierten Vorschädigungen oder Belastungsszenarien
  • Validierung von Berechnungsmodellen durch statische und zyklische Bauteilprüfungen, Klimabelastung und optische Dehnungsmessung
  • Integration von CT- und Mikroskopiedaten in die Bauteilbewertung, um reale Fehlstellen und Strukturmerkmale in die Simulation einzubeziehen

Ihr Nutzen:

Sie können Leichtbaupotenziale sicher ausschöpfen, kritische Lastfälle früh identifizieren und die Anzahl kostenintensiver Entwicklungsiterationen reduzieren. Das schafft mehr Planungssicherheit für Design, Werkstoffauswahl und Bauteilfreigabe.

Mehr Informationen zu Bewertungsmethoden für Faserverbundsysteme.

Mehr Informationen zu Prüfverfahren für Sandwichstrukturen.

Die Eigenschaften von Kunststoffbauteilen werden entscheidend durch Polymerstruktur, Kristallinität, Füllstoffe, Additive und Verarbeitungsbedingungen beeinflusst. Mit moderner Polymerdiagnostik klärt das Fraunhofer IMWS auf, warum sich ein Material im Spritzguss, im Langzeiteinsatz oder im Schadensfall anders verhält als erwartet.

Untersuchungsmethoden und Ausstattungshighlights:

  • Licht-, Polarisations- und Rasterelektronenmikroskopie (REM) zur Untersuchung von Morphologie, Phasenverteilung, Füllstoffen, Faser-Matrix-Haftung, Faserverteilung und Grenzflächen
  • Differential Scanning Calorimetry (DSC) zur Bestimmung von Schmelz-, Kristallisations- und Glasübergangstemperaturen
  • Thermogravimetrische Analyse (TGA) zur Bewertung von thermischer Stabilität, Zersetzungsverhalten und anorganischen Füllstoffanteilen
  • Dynamisch-mechanische Analyse (DMA) zur Untersuchung temperatur- und frequenzabhängiger Steifigkeit, Dämpfung und Relaxationsvorgänge
  • Thermomechanische Analyse (TMA) zur Bewertung von Wärmeausdehnung, Erweichung und dimensionsrelevantem Materialverhalten
  • Röntgendiffraktometrie (XRD) zur Analyse kristalliner Phasen, Kristallinität und Molekül- beziehungsweise Kristallitorientierung
  • Temperaturabhängige Strukturuntersuchungen zur Bewertung von Kristallisationsprozessen und prozessbedingten Veränderungen, beispielsweise bei Spritzgussbauteilen
  • Thermoanalysen, rheologische Charakterisierung, mechanische Prüfungen, Alterungstests unter Umweltsimulation sowie hochauflösende Mikroskopie und spektrale Analysen für Polymerwerkstoffe in PV-Anwendungen

Ihr Nutzen:

Sie verstehen den Zusammenhang zwischen Rohstoff, Rezeptur, Verarbeitung und Bauteileigenschaften. Das unterstützt Sie dabei, Ursachen für Verzug, Rissbildung, Materialalterung oder schwankende Spritzgussqualität gezielt zu identifizieren und dauerhaft zu beheben.

Beispiele aus der Praxis

 

Serientaugliche Leichtbau-Lösung ausgezeichnet

Das innovative Verfahren ermöglicht die Herstellung von Sandwich-Leichtbaustrukturen für komplex geformte, hochstabile Bauteile in einem serientauglichen Prozess.

 

Neue Fügetechnologien für thermoplastische Sandwich-Komponenten

Neue Technologien machen es möglich, thermoplastische Sandwich-Komponenten in kleinen bis mittleren Serien wirtschaftlich zu fügen und zu reparieren.

 

Seitenruder aus thermoplastischen Sandwichstrukturen

Sandwichstrukturen mit thermoplastischem Wabenkern lassen sich auch für hochbeanspruchte Bauteile im Flugzeugbau nutzen. Das Forschungsprojekt »EcoRudder« hat dies mit einem Seitenruder-Demonstrator für Kurz- und Mittelstreckenflugzeuge aufgezeigt.

Einblicke in unsere Ausstattung

Ihr Kunststoffbauteil braucht eine belastbare Antwort?

Ob Schadensanalyse, Materialqualifizierung, Entwicklung einer Prüfmethodik oder Absicherung eines neuen Bauteilkonzepts: Wir unterstützen Sie gerne – von der ersten Bewertung bis zur fundierten Handlungsempfehlung.

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