Mit ProMat an Werkstoffen für Autos von morgen forschen

Jan Yorrick Dietrich hat im Master Prozessorientierte Materialforschung (ProMat) studiert. Für seine Masterarbeit hat er den dritten Platz beim Hamburg Aviation Nachwuchspreis erhalten. Aktuell promoviert Jan am Faserinstitut Bremen. Während des Studiums hat er ein Forschungsprojekt am Fraunhofer IFAM in Bremen durchgeführt. In dem Bericht erzählt Jan, inwiefern ihn seine Erfahrungen letztlich auf seine Promotion vorbereitet haben.

Jan ist 2019 aus Niedersachsen nach Bremen gezogen. Nach seinem Bachelor of Engineering an der Hochschule Emden/Leer hat er seinen Master in Prozessorientierter Materialforschung (ProMat) an der Universität Bremen absolviert. Im Studium hat er sich vor allem auf faserverstärkte Kunststoffe konzentriert. Mit solchen Faser-Kunststoff-Verbunden lassen sich beispielsweise Rotorblätter von Windkraftanlagen, Sportwagen oder Flugzeuge bauen. Ihr großer Vorteil ist, dass sie gegenüber Bauteilen aus Metall Gewicht einsparen.

Jans Interesse für Faser-Kunststoff-Verbunde begann 2018 mit seiner Bachelorarbeit zu faserverstärkten Epoxidharzen. Diese werden beispielsweise in Flugzeugen eingesetzt. Das individuelle Curriculum bei ProMat erlaubte es Jan, sich bereits während des Masterstudiums auf sein Lieblingsthema zu konzentrieren. Dazu stellte er aus über 350 Lehrveranstaltungen aller MINT-Fächer seinen Studienplan zusammen. Sein persönlicher Mentor half ihm bei der Auswahl. Die Mentor:innen begleiten bei ProMat als erfahrene Wissenschaftler:innen und Spezialist:innen in ihren Fachgebieten die Studierenden in individuellen Gesprächen.

Experimentelle Erfahrungen am Fraunhofer IFAM in Bremen

Jans Interesse für Flugzeuge und faserverstärkte Kunststoffe hat ihn für seinen Forschungsaufenthalt an das Fraunhofer IFAM geführt. Das Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung hat seinen Hauptsitz auf dem Campus der Universität Bremen. Dort werden Klebtechniken, Oberflächen, Formgebung und Funktionswerkstoffe erforscht und entwickelt. Die Produkte und Technologien vom IFAM richten sich vor allem an besonders zukunftsträchtige Branchen wie Mobilität, Luftfahrt, Energie, Maritime Technologien sowie Medizintechnik und Life Sciences.

Bedingt durch Reisebeschränkungen während der Pandemie, musste Jan seinen im ProMat Master obligatorischen Auslandsaufenthalt in Deutschland durchführen. „Ich war sehr froh ein so renommiertes Partnerinstitut wie das IFAM direkt um die Ecke zu haben,“ sagt Jan rückblickend.

Acht Wochen lang assistierte Jan in einem Projekt bei Katharina Koschek zu biobasierten Werkstoffen. Ziel des Projektes war es, die Autos von morgen nachhaltiger zu gestalten. Während Flugzeuge vor allem leicht sein müssen, steht bei Autos zunehmend das Thema Nachhaltigkeit im Vordergrund. Jan hatte sich bis dahin vor allem mit Flugzeugen beschäftigt. Der Perspektivwechsel war für ihn eine inspirierende Abwechslung. Auch viele neue Kolleg:innen konnte er am IFAM kennenlernen.

‚Trockener‘ Stoff? Ja, aber ‚spannend‘!

Jan führte in den Laboren am IFAM eigene Experimente durch. Er beschäftigte sich mit naturfaserverstärkten Verbundwerkstoffen, die für die Innenverkleidung von Autos eingesetzt werden können. Konkret untersuchte er am Mikroskop den Einfluss der Vortrocknung von Naturfasern, des Faservolumengehalts, der Aufheizraten und der Nachtrocknung auf das spring-in Verhalten der Faser-Kunststoff-Verbunde. Dabei fand er heraus, dass die nachgetrockneten (chemisch degradierten) Proben sowie Proben mit einem geringeren Faservolumengehalt ein stärkeres spring-in Verhalten zeigten. Das im Englischen als spring-in beziehungsweise spring-back bezeichnete Verhalten beschreibt die Winkelabweichung von ausgehärteten Bauteilen nach dem Entformen aufgrund von prozessspezifischen Eigenspannungen.

In seinen Experimenten übernahm Jan sowohl den Herstellungsprozess als auch die Analytik und Auswertung. „Ich durfte äußerst selbstständig und mit viel eigener Verantwortung meine Versuche planen und durchführen. Das hat mir großen Spaß gemacht,“ erzählt Jan. Bis dahin hatte er sich vor allem mit virtueller Auslegung und Simulation beschäftigt. Für das spring-in Verhalten gibt es auch theoretische Modelle, mit denen sich das Verhalten vorhersagen und auf andere Geometrien übertragen lässt. Der hohe experimentelle Aufwand und die damit verbundenen Kosten haben Jan aufgezeigt, wie wichtig und effizient die Abschätzung von Materialverhalten und Prozess-Material-Interaktionen ist.

Ein auf Simulation abgestimmter Studienplan

Heute promoviert Jan am Faserinstitut Bremen. Er setzt sich mit dem Schweißen von thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden auseinander. Das macht er vor allem simulativ, aber auch experimentell. „Ich habe am Ende meines Bachelorstudiums das erste Mal Berührung mit Simulationen gehabt und den Entschluss gefasst: Das will ich auch mal können,“ sagt er rückblickend. Dank des mit seinem Mentor abgestimmten Studienplans und der praktischen Erfahrungen am IFAM fühlte sich Jan durch seinen ProMat Master hervorragend auf seine Promotion vorbereitet.