プレスリリース

Fraunhofer IWS

未来のバッテリーの鍵となるリチウム金属負極

3.4.2019

© Photo Fraunhofer IWS

フラウンホーファーIWSは、溶融リチウムを使って薄いリチウム金属負極を安価に生成する革新的なプロセスを開発しました。数年にわたり、数マイクロメートルの厚みのリチウム膜を作るための開発を行ってきたIWSは、数マイクロメートルのニッケル薄膜とリチウム膜を保護層によって安定させることで、金属基板に溶融リチウムの薄いコーティングを施すことに成功しました。
現在最高性能のリチウムイオンバッテリー電池は1㎏当たり250ワット時の容量を持ちますが、リチウム金属負極を使ったリチウム硫黄電池のワット時定格量は400ワット時にのぼります。固体バッテリーであるため、体積エネルギー密度も現状のリチウムイオンバッテリーと比較して70%ほど高まります。

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Key component for batteries of the future

Fraunhofer ILT

1秒間に直径1 µmの穴を12000個開ける超高速のレーザープロセス

13.3.2019

© Photo Fraunhofer ILT

反復度の高いレーザーシステムはスキャンスピード1000/秒を必要とし、高パルスエネルギーのレーザーシステムはエネルギーを分割するためのビームの整形・分離を必要とします。フラウンホーファーILTは、回折工学素子(DOE) を使って200以上の小ビームに分割する方法を使い、1 μm以下の領域で精密な加工を施す超高速のレーザープロセスを開発しました。高い反復度、高いパルスエネルギーで穴同士の間隔が数μm以下の加工を行うには、熱の管理も必要です。このレーザープロセスでは、加工対象の素材と加工形状ごとの最大値をレーザー出力が上回らないように削孔およびマルチビームの工程が最適化され、直径1 μm以下の穴を1秒間に12000個以上削孔することが可能になりました。

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12,000 holes per second with 1 µm diameter

Fraunhofer IPT

軽量性と強度を併せ持つ金属と繊維強化プラスチックのハイブリッド素材

8.3.2019

© Photo Fraunhofer IPT

近年、特に交通・運輸の分野において、省エネ・省資源の必要性から軽量化の需要が高まっています。鋼板をベースに繊維強化プラスチックで部分的に機能化することで、重量を軽減しパフォーマンス性を高めることができます。
ハイブリッド素材の新しい製造工程はレーザーによる表面加工とUDテープ装着の組み合わせが特徴です。熱可塑性繊維強化プラスチックによる補強は、レーザーによる表面加工により生じた空隙にレーザーの熱によって溶解部分が流れ込むことで強固に装着されます。
このふたつのレーザープロセスを組み合わせた方法は、硬化プロセスなどの事後処理の必要がないため大量生産に適しています。局部への精密な加熱は、ひずみや残留応力といった影響を軽減し、重量を大きく変えることなくその機械的特性を変えることができます。

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Light and strong: Hybrid lightweight components made of steel and fiber-reinforced plastics

Fraunhofer IWS

摩擦を低減してエンジンの効率を高める

4.3.2019

© Photo Fraunhofer IWS

フラウンホーファーIWSは表面加工を通じて摩擦の少ないエンジン部品を開発しています。ピストンやシリンダーの摩擦を軽減する表面技術の向上は、CO2排出量を抑制することに繋がります。
レーザーアーク工程により造成されるダイアモンドのように固いカーボンのコーティングに、サメの肌に倣った微細構造を表面に施し、表面と潤滑剤の理想的なバランスを研究している自動車産業との共同プロジェクト「Prometheus」では、3年間のプロジェクトを経て開発された低摩擦エンジン部品がプロジェクト終了時に試作されます。
このプロジェクトを通じて得た成果は転がり軸受だけでなく滑り軸受にも応用され、自動車等の輸送機器だけでなく建設機械やガスエンジンにおいても低燃費を実現するでしょう。

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Economical engines due to less friction

Fraunhofer ILT

様々な特長を併せ持つ複合材のためのレーザープロセス

18.2.2019

© Photo Fraunhofer ILT

異種材を組み合わせることで高い機能を発揮するハイブリッド材料は、展性・硬さ・熱伝導などにおいて各素材の異なる特性を備えており、加工時にはその様々な特性に対応しなければなりません。従来の工程に組み込み可能なフラウンホーファーILTのレーザー加工技術は、接合、切断、アブレーション、穿孔などのコストを下げ、効率と質を高めます。
レーザープロセスによるマグネシウムへの微細加工は熱可塑性ポリマーとの強固な結合を可能にします。超短パルスレーザによる精密な穿孔は強度の高いリベット結合を実現します。注入工程では母材が炭素繊維とインサートの接着剤として働くため、接着剤の塗布とその老朽化への懸念が不要になります。また、レーザー出力、走査速度、冷却時間のパラメータを最適化することで、高精度かつ高速な複合材の切断が可能になりました。

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Laser Processes for Multi-Functional Composites

Fraunhofer ICT

直接冷却電気モーターとポリマー製ハウジング ―電気自動車の軽量化に貢献―

1.2.2019

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電気自動車軽量化の鍵となるモーターの重量を軽減するため、フラウンホーファーICTとカールスルーエ工科大学は、独自の冷却システムと繊維強化ポリマー素材のモーターハウジングを開発しました。
この冷却方式では、ステータのコイルを断面の丸いものから長方形のものに替えることでステータへの密着性および占積率を高め、節約された空間に冷却水循環パイプを設置しています。循環冷却水はロータとステータを直接冷却し、熱はモーターの外へ誘導されることなく発生場所付近で放散されます。この冷却方式であればモーターハウジングに、アルミ素材に比べ成型が容易で大量生産に適したポリマーを使用することができます。
モーターの効率とエネルギー密度を顕著に改善する直接冷却モーターとポリマー製ハウジングは、実用化に向けて更なる改良を重ねています。

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Directly-cooled electric motor made from polymer materials

 

Fraunhofer ILT

二つのプロセスを一つの機械に組み込みポリマーの微細構造体を速く正確に製造

6.2.2019

© Photo Fraunhofer ILT

フラウンホーファーILTは、ステレオリソグラフィ (SLA)またはデジタル光処理(DLP)と多光子光重合(MPP)を組み合わせることで、高精度かつ低コストでポリマー構造体を製造できる機械を開発しています。
波長365 nmの高性能LEDとリソグラフィ-用HD解像度 のDLPチップを持つこの機械を使えば、サブマイクロメーターレベルの解像度でポリマー構造体を作製することができます。
ステレオリソグラフィと多光子光重合を兼ね備えたこの機械は、1つのプロセスにおいて必要に応じ露光装置を選択することで、それぞれの長所であるスピードと精密さの両立を可能にしました。細胞足場材やマイクロ流体システムなど、生物医学ほか様々な分野での利用が期待されます。

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Producing polymer structures faster – two processes in one machine

Fraunhofer ILT

超高速レーザーをさらに速く

31.1.2019

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ピコ秒からフェムト秒の超短光パルス(USP)のレーザーは超高速レーザーと呼ばれ、アブレーションや切断において精密な加工を施します。近年、機能・性能を高めている超高速レーザーですが、高出力レーザーおよび高効率プロセスの面ではまだまだ改良の余地があります。
フラウンホーファーが欧州委員会の助成を受けて開発しているレーザー光源1kW のプロトタイプでは、レーザー光は60パターンのビームレットに変換され、それぞれのビームレットは個別にオン/オフにすることができます。
今後、産業化に向けて数々の試験が行われますが、最終的には現在使われている標準的な超高速レーザーの100倍ほどのスピードを持つことになります。
加工スピードのさらなる向上により、製造の個数を増やすことはもちろん、大きな表面の加工や機能化にとっても可能性が広がることが期待されます。

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Making ultrafast lasers faster

 

Fraunhofer IWS

金属とプラスチックを数秒で接合させる接合ガン

24.1.2019

© Photo Fraunhofer IWS

フラウンホーファーIWSは、金属と熱可塑性材料を数秒で接合する接合ガンを開発しました。あらゆる生産工程への導入が可能なモジュール設計の接合ガンは、例えばロボットのアームにも装着が可能です。
接着剤による接合やリベット接合など従来の方法では、接着剤の硬化に時間が掛かったり、リベットによりプラスチックがダメージを受けたりといった難点を抱えており、追加材料のコストも発生していました。
金属とプラスチックの接合を最適化するためため、接着面にはレーザー加工による前処理が施されます。プレスされた状態で誘導加熱された接合部で熱可塑性プラスチックは金属表面に入り込み、接合はさらに強固なものとなります。

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Joining gun bonds metal and plastic within seconds

Fraunhofer IWS, Fraunhofer IWM

超潤滑現象の原子メカニズムを解明

11.1.2019

© Photo Fraunhofer IWM

ベアリングの極端な低摩擦はどのようにして起こるのか。超潤滑として知られるこの現象は、これまで原子レベルで解明されていませんでした。フラウンホーファーIWM(材料メカニズム研究所)とフラウンホーファーIWS(材料・ビーム技術研究所)の共同研究によって、特定のダイヤモンドライクカーボン(DLC)層と有機系潤滑剤の組み合わせにおける超潤滑の普遍的メカニズムが解明されました。この知見をもとにすれば、超潤滑層と潤滑剤の組み合わせを設計する法則を導き出すことができます。この研究結果に関する記事はNature Communicationsの10号に掲載されています。

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Elucidating the Atomic Mechanism of Superlubricity