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BIOKON - Das Bionik-Kompetenznetz

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Bild (c): Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)

Aktuelles // 28. Januar 2016

BIOKON auf der „Woche der Umwelt“

BIOKON präsentiert als Aussteller bei der Umwelt-Schau des Bundespräsidenten und der DBU am 7. und 8. Juni 2016 im Park von Schloss Bellevue ressourceneffiziente Innovationen aus der Natur. Im Park des Berliner Amtssitzes des Bundespräsidenten stehen für zwei Tage das Thema Umweltschutz und die damit verbundenen wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Chancen im Fokus der Öffentlichkeit.

 

Aus über 600 Bewerbungen wurden rund 190 Aussteller von einer Jury ausgewählt. Die von BIOKON gemeinsam mit den Partnern Sto SE & Co. KGaA, dem Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen der Universität Bonn, der Hochschule Bremen und der Airbus Operations GmbH vorgeschlagenen Markterfolge aus der Bionik konnten die vom Bundespräsidialamt berufene Jury in puncto Qualität, Innovation und Modellhaftigkeit sowie hohes gesellschaftliches, technisches und wirtschaftliches Umsetzungspotenzial überzeugen.

 

Vor beeindruckender Kulisse finden anschauliche Projektpräsentationen statt

 

Die beeindruckende Kulisse des Schlosses Bellevue werden die Aussteller aus Deutschland und der Schweiz nutzen, um sich auf fast 4.000 Quadratmetern des Parks zu den Fachthemen Klimaschutz, Energie, Ressourcen, Boden und Biodiversität, Mobilität und Verkehr, Bauen und Wohnen zu präsentieren. In den einzelnen Pavillons finden umfangreiche und anschauliche Projektpräsentationen statt, mit denen auch Querbezüge zur Bildung und Kommunikation sowie zur Digitalisierung dargestellt werden.

 

Vielfältiges Vortrags- und Diskussionsangebot zu aktuellen Nachhaltigkeitsthemen

 

Parallel zu der Ausstellung wird es ein hochkarätiges und vielfältiges Vortrags- und Diskussionsangebot geben. Auf der Hauptbühne werden Spitzenvertreter aus Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft in moderierten Diskussionsrunden zu den Schwerpunktthemen diskutieren und zu folgenden Fragen neue Entwicklungen aufzeigen: Welchen Handlungsrahmen bieten die planetaren Leitplanken? Wie kann die weitere Energiewende gestaltet werden? Wie kommt der Klimaschutz voran? Wie werden Ressourcen effizient genutzt? Wie können Kreisläufe geschlossen und Innovation auf Spitzenniveau gefördert werden? Welche Visionen gibt es für ein nachhaltiges urbanes Leben? Wie gehen wir mit der Nutzungskonkurrenz um die Ressource Boden um, wie erreichen wir eine ressourcenschonende Landnutzung? Wie kann die Veränderungsbereitschaft der Gesellschaft für die großen Transformationsprozesse gestärkt werden? Ergänzend und für die noch detailliertere Diskussion werden zudem 70 bis 80 Fachforen zu aktuellen Nachhaltigkeitsthemen mit rund 400 Experten angeboten.

 

Besuchen Sie uns auf der Woche der Umwelt

 

Wir laden Sie ein, uns auf der Woche der Umwelt zu besuchen. Zur Anmeldung gelangen Sie unter folgendem Link >>

 

Hier finden Sie weitere Informationen zum Bionik-Gemeinschaftsstand und zum Besuch von Bundespräsident Gauck am BIOKON-Stand auf der letzten Woche der Umwelt.

Airbus-Braket-II
Im 3D-Druck gefertigte Halterung für Flugzeug-Kabinenbauteile.
Foto: Ansgar Pudenz, Deutscher Zukunftspreis.

Presse // 17. Dezember 2015

3D-Druck im zivilen Flugzeugbau – eine Fertigungsrevolution hebt ab

Für den Deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten nominiert und von der Jury in den „Kreis der Besten“ aufgenommen wurden BIOKON-Mitglied Airbus, LZN Laser Zentrum Nord und Concept Laser mit ihrer gemeinsamen Entwicklung zum 3D-Drucken. Ihnen gelang es, ein dreidimensionales gedrucktes Flugzeugbauteil aus Metall zu fertigen – einen Kabinenhalter aus Titan.

 

Airbus – und auch anderen Industriezweigen in Deutschland – steht damit ein neues Produktionsverfahren zur Verfügung, das weit mehr Möglichkeiten bietet als herkömmliche Fertigungsverfahren. Mit dieser neuen Verfahrenstechnik werden Produkte nicht aus einem Materialstück herausgestanzt, -gefräst oder -geschnitten, sondern Schicht für Schicht aufgebaut.

 

Das bringt etliche Vorteile: Material- und Energieverbrauch sind deutlich geringer, was Ressourcen und Klima schont. Zudem haben die Konstrukteure mehr Freiheit bei der Gestaltung der Bauteile. Und: Prototypen, Einzelstücke oder Kleinserien von Produkten lassen sich einfach und günstig herstellen.

 

3D-Druck im Metallbereich − reif für die industrielle Serienproduktion

 

Flugzeugbau stellt hohe Ansprüche an Konstruktion und Fertigung. Die Herausforderung: Komplexe Flugzeugteile effizient, kostengünstig und möglichst umweltschonend herzustellen. Peter Sander, Leiter des Bereiches Emerging Technologies & Concepts bei Airbus, Claus Emmelmann als CEO des LZN Laser Zentrum Nord sowie Leiter des Instituts für Laser- und Anlagensystemtechnik der TU Hamburg-Harburg und Frank Herzog als Geschäftsführer von Concept Laser im oberfränkischen Lichtenfels haben dieses Verfahren mit ihren Teams entwickelt und es zur Anwendungsreife geführt: Airbus setzt das gemeinsam geschaffene Verfahren erstmals zur Herstellung eines Kabinenhalters aus Titan ein. Er dient dazu, den Crew-Ruheraum an Bord des neuen Langstreckenflugzeugs A350 XWB zu befestigen, und ist seit 2014 im Einsatz.

 

Das sogenannte „LaserCUSING®“ reduziert als „grüne Technologie“ nicht nur den ökologischen Fußabdruck der Fertigung, sondern verkürzt auch Ausfallzeiten der Flugzeuge während der Wartung: Benötigte Ersatzteile lassen sich nach Bedarf sofort und vor Ort drucken.

 

Bei Airbus plant man, den 3D-Druck künftig zur Herstellung weiterer Komponenten zu verwenden – und das innovative Verfahren zu nutzen, um neuartige konstruktive Elemente zu realisieren. Diese bionische Konstruktionsmethodik, entwickelt am LZN, ermöglicht nach dem Vorbild der Natur geformte Bauteile zu kreieren und damit bis zu 80% Gewicht zu sparen. Die so erzielte Gewichtsreduktion trägt maßgeblich zur Reduktion des CO2-Ausstoßes der kommenden Flugzeuggenerationen bei.

 

Neue Verfahrenstechnik: Schicht für Schicht − Bauteile aus Metall

 

Allerdings kamen bisher nur bestimmte Werkstoffe für die „additive Fertigung“ in Frage, etwa Kunststoffe oder leicht schmelzbare Legierungen. Durch das neue Verfahren können im 3D-Druck auch mechanisch und thermisch hoch-belastbare metallische Bauteile produziert werden. Das „LaserCUSING®“-Verfahren eignet sich etwa für verschiedene Stähle, Edelmetalle wie Gold- und Silberlegierungen sowie Legierungen auf Basis von Titan. Die Verarbeitung von Titan stellt jedoch sowohl konventionelle Fertigungsverfahren als auch das „LaserCUSING®“-Verfahren vor große Herausforderungen. Die intensiven Verfahrensentwicklungen vom Laser Zentrum Nord und Concept Laser, in enger Kooperation mit Airbus, ermöglichen nun eine qualitätsgesicherte Fertigung metallischer Bauteile für die Luftfahrt.

 

Pulverförmiges Metall wird mit dem energiereichen Licht eines Faserlasers bestrahlt und dadurch aufgeschmolzen. Nach dem Erkalten verfestigt sich das Material. Der Laser streicht computergesteuert Zeile für Zeile über das Metallpulver und lässt so die gewünschte Form entstehen. Um das komplette Produkt aufzubauen, wird es nach Fertigstellung jeder Schicht um einige Dutzend Mikrometer abgesenkt und danach die nächste Lage aufgebracht. Eine patentierte „stochastische“ Ansteuerung stellt sicher, dass sich auch große Bauteile, wie sie im Flugzeugbau benötigt werden, weitgehend spannungsfrei drucken lassen.

 

Digitale Innovation

 

Kern der Innovation ist der vollständig digitale Charakter des Fertigungsverfahrens. Damit lässt sich der 3D-Drucker in eine durchgängige digitale Prozesskette einbinden, bei der die einzelnen Herstellungsschritte samt Materiallogistik und Qualitätsprüfung automatisch ablaufen und aufeinander abgestimmt sind. Das revolutionäre Konzept, dessen Entwicklung und Umsetzung Forscher und Unternehmen in Deutschland führend vorantreiben, verwirklicht das Prinzip der Industrie 4.0.

 

Wachsender Markt

 

Die Bedeutung des 3D-Drucks von metallischen Produkten reicht weit über den Flugzeugbau hinaus. Die Technologie wird voraussichtlich in vielen Branchen wie dem für Deutschland besonders wichtigen Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Medizintechnik konventionelle Fertigungsmethoden ersetzen oder ergänzen. Fachleute erwarten, dass der Markt für den 3D-Druck in den nächsten Jahren auf das Fünffache wachsen wird.

 

Quelle: Presseservice Deutscher Zukunftspreis

Bionicum_Sonderausstellung
Das Bionicum Ideenreich Natur ist eine interaktive Ausstellung im Naturkundehaus des Tiergartens Nürnberg.
Bild: Bionicum

Aktuelles // 06. Oktober 2015

Sonderausstellung „Artenreich Natur“ - Biodiversität entdecken, erleben und verstehen

Artenreichtum, die genetische Vielfalt innerhalb einer Art und die Fülle an Lebensräumen – über diese drei Bausteine der Biodiversität und ihr Zusammenspiel informiert seit dem 6. Oktober 2015 die neue Sonderausstellung „Artenreich Natur“ im Bionicum in Nürnberg.

 

Biodiversität bedeutet biologische Vielfalt. Diese Vielfalt hat sich in Milliarden von Jahren entwickelt und ist das Resultat der Evolution. Sie ist die Grundlage für die Sicherung der Welternährung, für neue Medikamente, für den technischen Fortschritt und auch für die Bionik. Vorrangig wird Biodiversität mit dem Begriff Artenvielfalt gleichgesetzt. Doch die Anzahl der Mikroorganismen, Tier-, Pflanzen- und Pilzarten in einem Ökosystem, beschreibt nur einen Teil. Auch genetische Vielfalt und die Vielfalt der Ökosysteme spielen eine wichtige Rolle.

 

Mit einer Mischung aus spielerischem Entdecken, anschaulichen Texttafeln und ausgewählten Exponaten entführt „Artenreich Natur“ Jung und Alt auf eine Reise in die einzigartige Vielfalt des Lebens. Die Besucher können ihr Wissen im Biodiversitätsquiz testen, mit allen Sinnen erfahren, was eine ‚Schlüsselart‘ ist, als Fischer die Meere retten oder sich an der Schmökerwand über Schutzprojekte informieren. Die Schau beleuchtet nicht nur den wissenschaftlichen Hintergrund der Biodiversität, sondern vermittelt anschaulich, warum ihr Bewahren für unsere Zukunft so wichtig ist.

 

Warum das Bionicum sich für dieses Thema entschieden hat, liegt auf der Hand: Die Bionik nutzt die Natur und seine Arten als Ideengeber. Je mehr Arten entdeckt und ihre Besonderheiten und Lebensweisen entschlüsselt werden, umso mehr kann man von ihnen lernen und in die Technik umsetzen. Bisher ist nur ein Bruchteil des Ideenreichtums der Natur bekannt, während weltweit durch Eingriffe in die Umwelt Tier- und Pflanzenarten aussterben. Der Erhalt der Ökosysteme mit ihren vielfältigen Arten wird immer wichtiger und schützt zugleich das riesige Potential für die Bionik. Andersherum können bionische Erfindungen auch die Umwelt schützen, denn so energieeffizient, ressourcenschonend und nachhaltig wie die Natur arbeitet (noch) keiner.

 

Weitere Informationen zum Bionicum und zur Sonderausstellung finden Sie hier >>

Echse-RWTH
BIOKON-Mitglied Philipp Comanns von der RWTH Aachen erforscht Schuppenstrukturen feuchtigkeitserntender Echsen. Die Erkenntnisse helfen, Flüssigkeiten und Schmiermittel auf Kunstsoff- und Metalloberflächen gerichtet zu transportieren.
Bild: RWTH Aachen

Forschung // 11. August 2015

Von trinkenden Echsen zum gezielten Transport von Schmiermitteln

Die Arbeitsgruppe Bionik am Institut für Biologie II der RWTH Aachen stellt ein neues Modell für den passiven gerichteten Flüssigkeitstransport vor. Das Funktionsprinzip haben sie von der speziellen Oberflächenstruktur der texanischen Krötenechse gelernt.

 

Die texanische Krötenechse hat eine besondere Fähigkeit: Um ihren Durst zu stillen, muss sie keine Wasserstelle aufsuchen, sondern sie kann Flüssigkeit über die Haut aufnehmen. Mit Kapillarkanälen zwischen ihren Schuppen sammelt sie kleinste Wassermengen aus der Umgebung, beispielsweise aus feuchtem Sand. Feine Kapillarkanäle transportieren anschließend das Wasser zum Maul.

 

Die Forscher der RWTH Aachen haben die Geometrie dieser Kanäle auf der Haut feuchtigkeitserntender Echsen untersucht und erfolgreich auf Kunststoff- und Metalloberflächen übertragen. Die neuartigen Oberflächenstrukturen ermöglichen es, Flüssigkeiten passiv und energieneutral in eine Richtung zu transportieren – sogar entgegen der Schwerkraft.

 

„Die Kapillaren bilden ein Netzwerk und werden zum Maul hin enger und besitzen eine gezielte Verschaltung“, erläutert Diplom-Biologe und BIOKON-Mitglied Philipp Comanns, der über das Thema promoviert. „Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass das Phänomen auf zwei Prinzipien beruht. Das ist einmal die periodisch und asymmetrisch wechselnde Form der Kapillaren, die sich zusammenziehen und wieder weiten, und zum anderen die Verschaltung zwischen den Kapillarkanälen“, so Comanns.

 

Die Wissenschaftler untersuchten die Haut konservierter Echsen, die das Zoologische Forschungsmuseum Alexander Koenig in Bonn zur Verfügung stellte. Zusammen mit der Arbeitsgruppe von Professor Werner Baumgartner an der Johannes Kepler Universität Linz entwickelten sie ein theoretisches Modell, wie sich Flüssigkeiten in solchen Kapillaren verhalten, und einen technischen Prototypen, der der Natur so nahe wie möglich kommt. Dazu laserten sie sägezahn-förmige Kapillarstrukturen in Kunststoffplatten. „Nach diesem Modell geschaffene künstliche Oberflächen verhindern den Flüssigkeitsfluss in eine Richtung, während sie ihn in die andere aufrechterhalten, selbst wenn ein geringer Gegendruck erzeugt wird“, erklärt Comanns. „Sie verhalten sich für die Flüssigkeit wie Dioden.“

 

Da der passive, gerichtete Transport von Flüssigkeiten oder Schmiermitteln bei vielen technischen Prozessen erforderlich ist, sehen die Wissenschaftler für die technische Anwendung ein breites Spektrum von Möglichkeiten. Dazu gehören beispielsweise der Bereich der Mikrofluidik, bei medizinischen Anwendungen, Destillen oder E-Ink-Displays. „Mit der Methode können technische Prozesse verbessert und Ressourcen geschont werden“, sagt Philipp Comanns. „Der nächste Schritt wird sein, das Prinzip für spezifische Produktgruppen weiterzuentwickeln.“

 

Gefördert wurde diese anwendungsorientierte innovative Forschung unter dem Titel "BioLas.exe" im Rahmen des VIP-Programms - Validierung des Innovationspotentials wissenschaftlicher Forschung - durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung und betreut durch die VDI/VDE Innovation + Technik GmbH sowie den Projektträger Jülich.

Die Arbeit über den Wassertransport bei der Texanischen Krötenechse wurde in der Augustausgabe des Journal of the Royal Society Interface veröffentlicht.

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Der Nebeltrinker-Käfer war Vorbild für die neue Farbe StoColor Dryonic.
Quelle: Sto SE & Co. KGaA, Foto: Vladimir Wrangel

Presse // 24. Juli 2015

"Ausgezeichnete" Fassadenfarbe nach dem Vorbild des Nebeltrinker-Käfers

Mit der Auszeichnung „Die Oberfläche“ prämiert das Fraunhofer IPA seit 2012 alljährlich innovative Anwendungen und Technologien aus dem Gebiet der Oberflächentechnik. Am 20. Juli hat die Forschungseinrichtung die diesjährigen Gewinner bekanntgegeben. Das Rennen machte die Firma Sto SE & Co. KGaA, die eine neue bionische Fassadenfarbe nach dem Vorbild des Nebeltrinker-Käfers entwickelt hat.

 

Um in der Wüste zu überleben, wandelt dieser Käfer den Nebel, der auf seinem Rücken kondensiert, in Wasser um. Dabei sammeln die hydrophilen Kuppen auf seinem Panzer das Wasser an. Durch die hydrophoben Täler fließt es wiederum mithilfe der Schwerkraft in Richtung Mund ab. Dieses bionische Prinzip bildet die Grundlage für die neue Fassadenfarbe: Die hydrophil-hydrophobe Mikrostruktur, die durch eine Kombination von organischen und anorganischen Komponenten und einer Selbstorganisation während der Trocknungsphase entsteht, führt das durch Tau und Nebel entstandene Wasser an der Fassade in Rekordzeit ab.

 

Die Fassadenoberfläche trocknet deutlich schneller und ist resistenter gegen Algen und Pilze. Ökologisch nachhaltig ist die Farbe noch dazu, denn sie wird ohne biozide Wirkstoffe und CO2-neutral hergestellt. Für die Jury war ausschlaggebend, dass die Übertragung dieses oberflächentechnischen Konzepts in die Technik zukünftig Fassaden trockener hält und damit den Wert von Gebäuden nachhaltig sichert.

 

Quelle: Presseinformation Fraunhofer IPA

Dr. Rainer Erb und Jessica Rudolph

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Dr. Rainer Erb | Geschäftsführer

Jessica Rudolph | Assistentin des Geschäftsführers

 

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