Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Anwendungen und multifunktionale Materialien
Innovation durch Nanomaterialien, Drucktechnologie und KI
Das Forschungsteam »Applikation multifunktionaler Materialien« am Fraunhofer IPA entwickelt individuelle, ressourceneffiziente und drucktechnische Lösungen für funktionale Anwendungen. Unsere Kernkompetenz liegt in der Applikation funktionaler Materialien auf verschiedenste Substrate – für gedruckte Elektronik, Sensorik, Heiz- und Leuchtschichten sowie Energiespeichern. Wir kombinieren klassische Druckverfahren wie Siebdruck und Tampondruck mit modernen Beschichtungsverfahren wie Rakeln, Sprühen und Tauchziehen.
Gedruckte Elektronik & funktionale Schichten
Mit nanoskaligen Materialien wie Graphen, CNTs, Silbernanodrähten und leitfähigen Polymeren gestalten wir elektronische Bauteile der nächsten Generation.
Typische Anwendungen:
- Transparente, leitfähige Elektroden
- Elektroden für Energiespeicher
- Gedruckte Heizschichten
- Elektroaktive Polymere (EAPs)
- Gedruckte ionische und Aktuatoren
- Gedruckte Systeme mit Mikroverkapselung
- Lichtemittierende Schichten
Gedruckte Sensorik
Unsere Sensorlösungen erkennen Temperatur, Feuchtigkeit, UV-Strahlung – flexiblel und dehnbar. Zudem beschäftigt sich unser Forschungsteam mit dem Applizieren von kapazitiven Sensoren auf flachen und unebenen Oberflächen.
Highlights:
- Kapazitative Sensoren auf komplexen Geometrien
- Integration in Wearable, Smart Textiles und Oberflächen
Gedruckte Elektrolumineszenzschicht
Transparente, elektrisch leitfähige Schichten
Gedruckte Sensoren
Digitalisierung und KI-gestützte Softsensorik
Wir verknüpfen Prozessdaten und Simulationen mit KI-Modellen – für optimierte Beschichtungsprozesse, Echtzeit-Überwachung und Vorhersage bisher nicht messbarer Parameter.
Zur Verbesserung und Qualitätskontrolle können die Prozessparameter und hergestellten Produktmerkmale der Beschichtungen mit entsprechend engen Toleranzen überwacht werden. Hierfür werden bereits verfügbare Daten, z.B. aus der Maschinensteuerung und Daten z.B. nachgerüsteter Sensoren zusammengeführt und für Simulationen benutzt.
KI-unterstützte Modelle ermöglichen die Erstellung von Softsensoren für verschiedene, nicht gemessene Parameter.
Fragen zur KI im Beschichtungsprozess:
Was ist ein Softsensor – und was kann er leisten?
→ Ein Softsensor ist ein digitales Modell, das auf Basis von Mess- und Prozessdaten physikalische Größen berechnet, die real nicht oder nur schwer messbar sind.
Wie unterstützt KI bei der Qualitätskontrolle?
→ Durch datenbasierte Vorhersagen lassen sich Zielwerte präzise einhalten – in Echtzeit und mit geringem Prüfaufwand.
Können Softsensoren fehlende Daten ersetzen?
→ Ja. Sie modellieren Werte wie Schichtdicke oder Temperaturverlauf, wo Sensorik an ihre Grenzen stößt.
Materialsubstitution und Nachhaltigkeit
Wir forschen aktiv an der Substitution kritischer, gesundheits- oder umweltschädlicher Stoffe (z. B. PFAS) in Pasten, Tinten und Prozessen – mit Fokus auf biobasierte Alternativen.
Unser Ansatz:
- Analyse & Anpassung der Formulierungen
- Prozessentwicklung für grüne Alternativen
- Nachhaltige Endprodukte
Charakterisierung von Schichten und Elektroden
Die Charakterisierung von Elektroden ist ein zentrales Werkzeug. Sie liefert fundierte Erkenntnisse über die Leistungsfähigkeit und Stabilität von Materialien und Elektroden – lange bevor ein Produkt marktreif ist. Wir testen mechanisch und elektrochemisch – für maximale Performance, Stabilität und Lebensdauer.
Verfahren & Methoden:
- Haftungs- und Bewitterungstests
- Schichtdicken- & Widerstandsmessungen
- Zyklische Voltammetrie (CV), Chronopotentiometrie (CP), Impedanzmessung (EIS)
- Langzeittests unter realen Bedingungen
Charakterisierung von Batteriezellen und Superkondensatoren
Innovation durch interdisziplinäre Forschung
Unsere Arbeit ist Brücke zwischen Werkstofftechnik, Digitalisierung und Zukunftstechnologien. Mit Druckverfahren gestalten wir smarte Oberflächen – effizient, skalierbar und anwendungsnah.