03 Materialwissenschaften und ihre Technologien

Der Wissenschaftsschwerpunkt adressiert die Produktionswissenschaften mit Fokus auf materialwissenschaftliche Aspekte. Ein Bremer Herausstellungsmerkmal besteht darin, dass der WSP die gesamte ingenieurwissenschaftliche Produktionskette vom Umformen über alle weiteren Ver- und Bearbeitungsverfahren bis zur Oberflächenveredelung für eine breite Palette von Werkstoffen und Halbzeugen wie Metalle, Keramik, Halbleiter, Kunststoffe, Fasern, Schäume oder Verbundwerkstoffe umfasst. Dabei werden nicht nur rein technologische Forschungsfragen adressiert, sondern auch betriebswissenschaftliche Aspekte mit berücksichtigt. Die Forschungsarbeiten entstehen aus der Kooperation des Fachbereichs Produktionstechnik mit Arbeitsgruppen aus der Mathematik, Informatik, Physik, Physikalischen Chemie und Elektrotechnik sowie mit außeruniversitären Einrichtungen wie dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM), der Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT), dem Bremer Institut für angewandte Strahltechnik (BIAS), dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) und dem Bremer Institut für Produktion und Logistik (BIBA).

Das Ergebnis dieser engen Kooperation sind zwei Sonderforschungsbereiche, ein Transregio-SFB sowie eine DFG-Forschergruppe. Im SFB 570 „Distortion Engineering“ werden die ursächlichen Mechanismen für den bei der Wärmebehandlung von Stahlbauteilen auftretenden Verzug systematisch erforscht. An drei ausgewählten Modellbauteilen, einem Lagerring, einer Welle und einem Zahnrad, werden in den jeweils zugehörigen Fertigungsketten Methoden zur Vermeidung und zur Kompensation von Verzügen erarbeitet. Das zentrale Anliegen des SFB 747 „Mikrokaltumformen“ ist die Bereitstellung von Prozessen und Methoden für die umformtechnische Herstellung metallischer Mikrokomponenten, wobei die für den Umformprozess von der Werkstoffentwicklung bis hin zur Bauteilprüfung wesentlichen Aspekte einbezogen werden. Das Forschungsprogramm stellt den Sonderforschungsbereich auf eine breite Basis von der Werkstoffentwicklung über die Prozesse und deren Optimierung bis hin zu planerischen Aspekten der mikroumformtechnischen Fertigung. Das Ziel des transregionalen SFB/TR4 „Prozessketten zur Replikation komplexer Optikkomponenten“ ist es, die wissenschaftlichen Grundlagen zur deterministischen und kostengünstigen Herstellung von optischen Bauelementen mit komplexen Geometrien zu erarbeiten. Dies wird durch den Aufbau geschlossener Prozessketten erreicht, wobei zwei in ihrem Potenzial weitgehend unerschlossene Technologien zusammengeführt werden, nämlich der Formenbau für optische Komponenten und die Replikationsverfahren Blankpressen und Spritzgießen. Der SFB wird in Kooperation mit den Standorten Aachen und Stillwater/Oklahoma, USA durchgeführt.

Im Wissenschaftsschwerpunkt sind zudem ein Reinhart-Koselleck-Projekt (Entwicklung mineralölfreier Kühlschmierstoffe aus den Bestandteilen von Mikroorganismen), eine DFG-Forschergruppe mit dem Faserinstitut Bremen (Bauweisen für CFK-Aluminium-Übergangsstrukturen im Leichtbau) und ein DFG-Graduiertenkolleg (Nichtmetallische poröse Strukturen für physikalisch-chemische Funktionen) verortet.

Forschende aus elf Einrichtungen (drei Fachbereiche der Universität und acht inner- und außeruniversitäre Forschungsinstitute) haben sich 2008 in der Organisationsform einer Zentralen Wissenschaftlichen Einrichtung der Universität zusammengeschlossen, um als „Integrated Solutions in Sensorial Structure Engineering“ (ISIS) ein ambitioniertes Forschungsprogramm im Bereich der sensorischen Materialien für „intelligente“ Produkte zu bearbeiten. Die Vision besteht darin, Werkstoffe und Bauteile zu entwickeln, die Daten über ihren momentanen Zustand oder ihre unmittelbare Umgebung erheben und interpretieren können. Die Zusammenarbeit der Mitglieder des Verbunds deckt alle Aspekte zur Werkstofftechnik, Fertigungstechnik und zur Informationsverarbeitung bis hin zur Energieversorgung ab. Langfristig soll ISIS die Verbreitung integrierter Sensorik auf verschiedensten Anwendungsfeldern durch technologische Innovationen fördern und innerhalb der Universität die langfristige Forschungsplanung auf dem Gebiet der Funktionalisierung von Materialien und ihren Oberflächen koordinieren.

Transferorientierte Anwendungsgebiete des Wissenschaftsschwerpunktes sind neben den klassischen Bereichen Maschinenbau und Verfahrenstechnik auch Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Umwelttechnik, optische Technologien und erneuerbare Energien. In der Windenergietechnik hat die Universität Bremen im Verbund Forwind und zusammen mit wissenschaftlichen und industriellen Partnern aus Nordwestdeutschland die Finalrunde des Spitzencluster-Wettbewerbs des Bundesministeriums für Bildung und Forschung erreicht. Der Antrag wird vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) koordiniert. Dabei geht es um den Ausbau der Offshore-Windenergietechnik durch den Aufbau einer funktionierenden Wertschöpfungskette im Cluster, die sich auf abgestimmte Lieferketten zwischen den beteiligten Unternehmen mit gemeinsamen Schnittstellen und einheitlichen Qualitätsmerkmalen und Standards stützt. Diese „Industrialisierung“ der Zusammenarbeit und die Lösung darüber hinaus bestehender technologischer und ökologischer Herausforderungen soll im Rahmen der angestrebten Spitzencluster-Förderung erreicht werden.

Mit dem Ausbau der „Computational Materials Science“ seit 2007 einschließlich zweier Stiftungsprofessuren wurde innerhalb des Wissenschaftsschwerpunktes eine Verbindung zwischen Produktionstechnik und Physik geschaffen. Das dazu gegründete Bremen Center for Computational Materials Science (BCCMS) befasst sich mit der computergestützten theoretische Materialforschung. Mit dem Einsatz von skalenübergreifenden Methoden, die von der quanten-mechanisch atomistischen Ebene über vergröberte Ansätze bis zur kontinuumstheoretischen Beschreibung reichen, sollen insbesondere Fragestellungen zum Strukturdesign von komplexen Werkstoffen bearbeitet werden, um in enger Kooperation mit experimentellen Instituten und Industriepartnern neue funktionelle Bauelemente und Werkstoffe zu entwickeln. Das BCCMS kooperiert mit der Universität Groningen als nahe gelegener niederländischer Spitzenuniversität.