Forschung und Entwicklung

In unserem Forschungsansatz Life Cycle Material Engineering steht der gesamte Lebenszyklus der Materialien und Produkte im Fokus, wodurch nicht nur neuartige Materialien und Produkte entwickelt und deren Fertigungsprozesse erarbeitet werden. Vielmehr resultiert dadurch eine nachhaltige Lösung für eine höhere Umwelt- und Lebensqualität.

Durch unsere Kombination der Material- und Bauteilentwicklung mit digitaler Produkt- und Prozesssimulation und innovativer Sensorik ist unsere Forschungs- und Entwicklungsarbeit überaus effizient und führt zu materialspezifischen und technologischen Lösungen, die bisher nicht möglich waren. Damit geben wir eine Antwort auf die steigende Komplexität in der Material- und Bauteilentwicklung. Höhere Funktionalität und außergewöhnliche Performance werden durch die ganzheitliche Betrachtung aller Teilschritte in der Prozess- und Wertschöpfungs-kette realisiert.

Dr. rer. nat. Lars Leidolph Zentraler Forschungskoordinator +49 (3643) 564313 lars.leidolph@mfpa.de

Wir sind ein Enabler zwischen Grundlagenforschung und industrieller Anwendung

Beratung & Konzeptentwicklung

In fast allen innovationsgetriebenen Wirtschaftsbereichen ist Forschung und Entwicklung ein Bereich von herausragender strategischer Bedeutung. Hier entstehen die Werte, die über langfristige Wettbewerbsfähigkeit entscheiden. Allerdings birgt der F&E-Prozess auch gleichzeitig enorme Risiken. Fehlentwicklungen, aber auch Fehler im Entwicklungsprozess selbst können Unternehmen schnell in Schwierigkeiten bringen. Die große Relevanz, aber auch die strukturellen, organisatorischen Herausforderungen und die Komplexität der F&E-Aktivitäten erfordern deshalb eine planmäßige Herangehensweise.

Die MFPA entwickelt nachhaltige Lösungen für die großen Herausforderungen unserer Zeit –Nachhaltigkeit, Verknappung von Ressourcen, Umweltschutz und steigende Komplexität und Funktionalität von Materialien und Produkten. Mit unserer langjährigen Erfahrung als kompetenter Forschungs- und Entwicklungspartner sind wir in der Lage, komplexe Entwicklungsprojekte zielgerichtet zu strukturieren und klare Entwicklungskonzepte für eine effiziente Forschung abzuleiten und unsere Kunden und Partner umfassend bei der Forschungsstrukturierung zu beraten.

Erstellung von Markt- und Wettbewerbsrecherchen

Im Auftrag unserer Kunden und Partner führen wir detaillierte Markt- und Wettbewerbsrecherchen mit konkret vorgegebener Aufgabenstellung durch. Dabei bewerten wir die Rechercheergebnisse anhand der Aufgabenstellung, leiten Entwicklungs- und Marktpotentiale ab und erstellen auf Wunsch spezifische Markteintrittsstrategien.

Ermittlung des Standes der Technik, Patentrecherchen

Zu Beginn jeder Entwicklungsaufgabe steht die Frage, welche materialspezifischen bzw. technologischen Lösungen sind bereits bekannt und können diese gegebenenfalls für die Aufgabenstellung adaptiert werden. Ebenso ist die Frage entscheidend, ist eine Technologie oder ein Innovation in einem Anwendungsfeld frei nutzbar oder durch Patentschutz Dritte eingeschränkt. Wir recherchieren im Auftrag den Stand der Technik und führen Patentrecherchen durch. Dabei bewerten wir die Rechercheergebnisse im Zusammenhang mit der Aufgabenstellung und der geplanten oder schon realisierten Entwicklung.

Erstellung von Forschungskonzepten für die
Material-, Verfahrens- und Bauteilentwicklung

Bei Bedarf unterstützen wir unsere Kunden und Partner bei der Strukturierung der Forschungs- und Entwicklungsprojekte. Auf Basis unserer fundierten Erfahrungen als langjähriger und kompetenter Entwicklungspartner können wir die erforderlichen Entwicklungsetappen konkret spezifizieren. Dabei beraten wir unsere Kunden und Partner zu Methodik und den experimentellen Erfordernissen, immer fokussiert auf die Aufgabenstellung und eine möglichst effizienten Entwicklungsprozess.

Formung und Beantragung von geförderten Forschungsprojekten

Die Forschungs- und Entwicklung wird umfangreich durch unterschiedlichste Förderprogramme unterstützt. Dabei ist es jedoch häufig schwierig, die richtigen Förderprogramme zu finden und die Antragsstellung ist komplex und aufwendig. Wir unterstützen unsere Partner bei der Auswahl und Beantragung von Förderprojekten zur Formung und anteiligen Finanzierung von gemeinsamen Forschungsprojekten.

Formung von Forschungspartnerschaften, Netzwerken und Entwicklungsplattformen

Wir sind durch unsere langjährige Tätigkeit in den Forschungs- und Anwendungsfeldern hervorragend mit Forschungsinstituten, Industriepartnern, Anwendern und Behörden vernetzt. Das ermöglicht uns, Partnerschaften für Forschungsprojekte zu formen, aber auch die entsprechenden Partner für die Umsetzung der Forschungsergebnisse mit den Entwicklern zusammen zu führen.

Entwicklung & Untersuchung

Höhere Funktionalität und außergewöhnliche Performance bei Hochleistungswerkstoffen und multifunktionellen Bauteilen können nur durch die optimierte, ganzheitliche Betrachtung aller Teilschritte in der Prozess- und Wertschöpfungskette realisiert werden. Der Entwicklungsprozess solcher Funktionswerkstoffe und Bauteile ist entsprechend Komplex und bedarf einer hohen und strukturierten Forschungs- und Entwicklungskompetenz.

FormWir sind ein engagierter und innovativer Forschungs- und Entwicklungspartner für Material-, Werkstoff-, Verfahrens- und Bauteilentwicklung. Im Fokus all unserer Aktivitäten steht die Konzeption eines Life Cycle Material Engineering. Wir erarbeiten Antworten auf material- und werkstoffbezogenen Fragestellungen für Produkte und Bauteile über die gesamte Lebensdauer. Dabei untersuchen wir ganzheitlich kombiniert die Material- und Werkstoffentwicklung, die zugehörigen Fertigungsverfahren, aber auch durch Nutzung von Sensorik und Digitalen Modellen den Lebenszyklus von Materialien und Werkstoffen.

Charakterisierung & Qualifizierung

zur Charakterisierung  von Materialien und Bauteileigenschaften, zur Bewertung von Herstellprozessen und als amtliche Prüf-, Überwachungs- und Zertifizierungsstelle für Werkstoffe, Bauteile, Messmitteln und Werkstoffprüfmaschinen.

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Materialien & Verfahren

von der Erzeugung neuer Strukturen, über Materialien mit verbesserten Eigenschaften bis zum nachhaltigen second-life Konzept in Kombination mit Produkt- und Prozessmodelle.

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Sensorik & Monitoring

zur Überwachung und Optimierung von Bauteilen und Prozessabläufen, zur Ausstattung von Bauteilen mit neuen Funktionen und zur Daten-generierung an realen Bauteilen zur digitalen Modellerstellung und Validierung.

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Modelle & Simulation

zur Simulation von Eigenschaften, Verhalten von Materialien und Bauteilen für die Werkstoff- und Bauteilentwicklung, die Überwachung von Bauteilen und Konstruktionen und als digitales Abbild realer Bauteile.

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Scale-up & Prototyping

Innovative Forschung beginnt mit einer Idee, die im laborativen Maßstab entwickelt und erforscht wird. Scale-up vom Labormaßstab zur Fertigungsanlage erfordert meist eine Vielzahl von Test-, Pilot- und Demonstrationsphasen. Um wettbewerbsfähig zu bleiben muss diese Entwicklung schnell und zielgerichtet verwirklicht werden.

Wir bieten eine ausgewogene Mischung an materialwissenschaftlicher, technischer Forschung im Labormaßstab und umfangreichen Möglichkeiten im Technikum. Damit gelingt uns die Verbindung zwischen der grundlegenden Material- und Bauteilentwicklung bis zum serienreifen Produktionsverfahren. In unserem Technikum haben wir zum einen dazu die Möglichkeit, ein Scale-up von Produktionsprozessen umzusetzen und die Prozessparameter und kausalen Eigenschaftszusammenhänge zu erforschen. Dabei steht nicht nur die effiziente und umweltschonende Gestaltung der Produktionsprozesse im Mittelpunkt, sondern es können auch Methoden zur Generierung, Erfassung und Analyse von anwendungs- und produktbezogenen Daten aus der Herstellungs- und Nutzungsphase entwickelt und implementiert werden. Diese kann der späteren Überwachung des Herstellungsprozesses aber der Gewinnung von Zustands-, Wirkungs- und Nutzungsinformationen der Produkte in der Anwendung dienen. Zum anderen können bieten wir das Prototyping von konkrete Bauteile an, um an diesen Prototypen die Performance zielgerichtet zu untersucht. In Tests und Untersuchungen ermitteln wir die Leistungsfähigkeit an den realen Prototypen. Gewonnen Daten können wir in Modelle und Simulationen einbetten, um dadurch weiterführende Aussagen zur Lebensdauer und Einsatzverhalten zu gewinnen.

Scale-up in den Technikumsmaßstab

Die Überführung von Entwicklungen und Verfahren aus dem Labormaßstab in den (klein-)technischen Maßstab ist eine komplexe Aufgabenstellung. Dabei gilt es nicht nur möglichst identischen und stabilen Reaktionsbedingungen in einem wesentlich größeren Maßstab einzustellen, sondern häufig werden durch die Maßstabsvergrößerung weiter Einflussfaktoren auf die Prozess- und Reaktionsführung erst sichtbar. Diese müssen untersucht und entsprechend geeignet eingestellt werden. Der direkte Sprung vom Labor in die Produktion ist nur sehr selten möglich. Für die Übertragung in den technischen Maßstab erarbeiten wir fundierte Übertragungskonzepte, bauen erforderliche technische Versuchsstände auf und realisieren dort strukturierte Scale-Up-Versuche mit qualifizierten Mitarbeitern.

Experimente im Technikum

In unserem Technikum stehen zahlreiche Versuchsstände für unterschiedlichste (klein-)technische Versuche zur Verfügung. Für neue, spezifische Aufgabenstellungen errichten wir die erforderlichen Versuchsanlagen. Unser Technikum bietet dabei eine hervorragende Infrastruktur als Grundvoraussetzung. Die Basis für eine erfolgreiche Übertragung in den technischen Maßstab sind jedoch unsere qualifizierten Mitarbeiter mit unterschiedlichen Fachschwerpunkten. Dies ermöglicht uns auch im Technikum eine technologie- und anwendungsübergreifende Gesamtbetrachtung der Prozesse und Anwendungstechnologien durchzuführen, um die beste technologische Lösung zu finden. Durch die Entwicklung im Labormaßstab und Technikumsversuch bei uns aus einer Hand entfallen die typischen Schnittstellenprobleme. Die gewonnen Erfahrungen und Erkenntnisse aus dem Labor können so vollständig direkt für die Technikumsversuche genutzt werden.

Prototyping

Die Erzeugung eines Prototyps ist häufig ein enorm wichtiger Projektschritt bei der Entwicklung neuer oder verbesserter Bauteile. Anhand dieser Prototypen können wichtige Parameter am realen Bauteil überprüft werden. So ist es häufig nur an realen Bauteilen möglich festzustellen, ob eine neuartige Bauteilkonstruktion auch tatsächlich die erwünschten Verbesserungen in der Anwendung erzielt. In einem iterativen Prozess fließen diese Erkenntnisse in die Bauteilentwicklung ein und ermöglichen so eine zielgerichtete Anpassung. Ein vorliegender Prototyp ist zum anderen auch enorm wichtig für die Umsetzungsphase. Ein Prototyp als Demonstrator macht die Entwicklung visuell und anfassbar. Wir machen was eigentlich (3d-Druck und mehr)?Die Erzeugung eines Prototyps ist häufig ein enorm wichtiger Projektschritt bei der Entwicklung neuer oder verbesserter Bauteile. Anhand dieser Prototypen können wichtige Parameter am realen Bauteil überprüft werden. So ist es häufig nur an realen Bauteilen möglich festzustellen, ob eine neuartige Bauteilkonstruktion auch tatsächlich die erwünschten Verbesserungen in der Anwendung erzielt. In einem iterativen Prozess fließen diese Erkenntnisse in die Bauteilentwicklung ein und ermöglichen so eine zielgerichtete Anpassung. Ein vorliegender Prototyp ist zum anderen auch enorm wichtig für die Umsetzungsphase. Ein Prototyp als Demonstrator macht die Entwicklung visuell und anfassbar. Wir machen was eigentlich (3d-Druck und mehr)?

Einbindung von Sensornetzwerken
zur Produktions- und Bauteilüberwachung

Ein großer Arbeitsschwerpunkt ist bei uns die Überwachung von Bauteilen und Produktionsprozesse durch die Einbindung von Sensornetzwerken und die Bereitstellung darauf basierender Modelle und Simulationen. Wir entwickeln Sensornetzwerke sowie Methoden und Algorithmen zur Datenverarbeitung. Zur Gewinnung notwendiger Daten an realen Bauteilen nutzen wir zum einen vorhandene Sensoren und verschalten diese innovativ zu komplexen Sensornetzwerken zusammen oder wir entwickeln und optimieren Sensoren gemeinsam mit Partner. Die Integration von Sensoren während des Herstellungsprozesses zur permanenten Überwachung der Bauteile über den gesamten Lebenszyklus ist ein weiterer Aufgabenschwerpunkt für uns in diesem Arbeitsfeld.

Aktuelle Arbeitsbeispiele

VIPO - Virtuelle Produkt- und Prozessoptimierung

Ziel des Teilprojektes ist es, die unterschiedlichsten zeitlich und örtlich aufgelösten Sensordaten einer durch Rotation dynamisch beanspruchten Maschine in Kombination mit einem virtuellen Maschinenabbild, dem „Digitalen Zwilling“, zu koppeln. Dabei wird das Ziel verfolgt, die vorausschauende Maschinenwartung über den gesamten Produktlebenszyklus zu gewährleisten und eine Voraussage der Lebensdauer eines Bauteils auf Basis real erfolgter Bauteilbelastungen zu ermöglichen. Dabei steht das informationstechnische System eines Sensornetzwerkes, gekoppelt mit einem Digitalen Zwilling im Projektfokus.

Umsetzungskonzepte

Zur Herstellung und Anwendung neuer Produkte und Herstellungsverfahren werden oft veränderte oder gänzlich neuartige Technologien benötigt. Produktions- und Handlingserfahrungen liegen entsprechend allenfalls nur bedingt vor und bilden ein Gap in der Umsetzung in die Serienanwendung. Damit verbunden ist ein erhebliches wirtschaftliches Risiko.

In anwendungsorientierten und produktspezifischen Umsetzungskonzepten übersetzen wir die erzielten Forschungs- und Entwicklungsergebnisse in konkrete Empfehlungen zur Herstellung in den Produktionsmaßstab. Wir leiten beispielsweise erforderliche Parameterbereiche für den Herstellungsprozess ab, geben Parameterbereiche für eine sichere und effiziente Funktion des Bauteils vor oder entwickeln Konzepte zur Messdatenerfassung, die eine kontinuierliche Steuerungs- und Überwachung ermöglichen. Mit unserer Kombination aus wissenschaftlicher und ingenieur-technischer Kompetenz bilden wir die Verbindung Forschung und Entwicklung und Produktion.

Unser Dienstleistungsworkflow

Wir sehen uns als Enabler zwischen Grundlagenforschung und industrieller Anwendung mit anwendungsorientierten Forschungsschwerpunkten.