Hugo-Geiger-Preis 2024

Das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (StMWi) und die Fraunhofer-Gesellschaft vergaben den Hugo-Geiger-Preis für die besten Doktorarbeiten in der angewandten Forschung an drei Nachwuchsforscherinnen aus Freising, München und Aachen. Sie erhielten den Preis für ihre innovativen Ideen und anwendungsorientierten Promotionsarbeiten, die in enger Kooperation mit einem Fraunhofer-Institut entstanden. Ebenfalls verliehen wurde der Fraunhofer Gründerpreis für eine am Markt aktive und erfolgreiche Ausgründung.

Thermisch verformbare Plastikalternative aus Cellulose

Über 90 Prozent der 2023 weltweit produzierten 414 Millionen Tonnen Plastik stammen aus fossilen Rohstoffen. Biobasierte Kunststoffe aus Pflanzen wie Mais oder Holz machen nur 0,7 Prozent der Produktion aus, denn sie bleiben in ihren Eigenschaften hinter konventionellen Kunststoffen zurück. Chemische Verfahren zur Verbesserung der Flexibilität führen oft zu einem Verlust der natürlichen Struktur der Cellulose und der biologischen Abbaubarkeit. Dr. Kerstin Müller hat einen physikalischen Ansatz entwickelt, um thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoff aus Pflanzen-Cellulose zu gewinnen. Sie nutzt Polymilchsäuremoleküle, um zwischen den Cellulose-Molekülen mehr Platz und Flexibilität zu schaffen. Dafür löst sie die Cellulose in einer ionischen Flüssigkeit und verbindet die Moleküle mit denen der Polymilchsäure. Das Verfahren überführte die Forscherin im Rahmen ihrer Doktorarbeit auch in einen industriellen Prozess und zeigte so die praktische Anwendbarkeit. Das neue thermisch verformbare und ökologisch abbaubare Material eignet sich für zum Beispiel für Produkte im Agrarbereich wie Baumwuchshüllen oder Pflanzentöpfe.

Schlickerbasierter 3D-Druck keramischer Gießkerne

In der Gießereitechnik ist der 3D-Druck von Sandkernen bereits Bestandteil der Serienfertigung, um immer komplexere Bauteile etwa für Luft- und Raumfahrt oder Medizintechnik zu fertigen. Die Gießkerne bilden beim Umgießen mit Metallschmelze die innenliegenden Hohlräume in Gussbauteilen ab und werden nach dem Guss wieder mechanisch entfernt. Doch die immer filigraneren Gießkerne müssen den hohen mechanischen und thermischen Belastungen im Gießprozess standhalten. Dr. Patricia Erhard hat in ihrer Promotion das Verfahren des 3D-Drucks von Gießkernen weiterentwickelt: Anstelle von Sand nutzt sie eine keramische Suspension, die feinere Oberflächenstrukturen, eine größere Temperaturstabilität und eine hohe Festigkeit im nachgelagerten Sinterprozess ermöglicht. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Gestaltung von filigranen Innenstrukturen in Gussbauteilen. Um die Gießkerne am Ende mechanisch zu entfernen, integrierte sie Sollbruchstellen im Inneren, die beim Abkühlen den Kern zerstören.

Weiterentwicklung von Hochleistungsfaserlasern und -laserdioden

Ob in Energiesektor, Medizintechnik, Halbleiterindustrie oder Telekommunikation – ohne Laser geht hier kaum etwas. Ziel der Promotion von Dr. Sarah Klein war es, die Effizienz, Langlebigkeit und Fehleranfälligkeit von Hochleistungsfaserlasern und -laserdioden für industrielle Anwendungen wie Schweißen und medizinische Verfahren zu verbessern. Dafür integrierte sie die Resonatorspiegel der Faserlaser, welche die Strahlung verstärken, direkt in die Faser. Möglich wird das durch die Verwendung sogenannter Faser-Bragg-Gitter (FBG). Dieser Ansatz vereinfacht den Aufbau und erhöht die Robustheit. Bisher wurden diese Spiegel extern angebracht und erforderten eine aufwendige Justage. Zudem untersuchte die Forscherin die Frequenzstabilisierung von Laserdioden, um ihre Leistung effizienter nutzbar zu machen. So können neue FBG-Techniken die spektrale Emissionsbandbreite reduzieren und damit die Brillanz der Laser erhöhen. Die Erkenntnisse aus ihrer Promotion leisten einen Beitrag zu neuartigen Faser- und Diodenlasern, die effizienter und vielseitiger in verschiedenen Industrien sowie Zukunftstechnologien wie laserbasierter Trägheitsfusion einsetzbar sind.