TECHNOLOGIE-ARCHITEKTUR UND HYBRIDE WERTSCHÖPFUNG
DER STATUS QUO: RESTRIKTIONEN DER KONVENTIONELLEN F&E.
Komplexe industrielle Herausforderungen erfordern zunehmend die Verknüpfung disziplinübergreifender Schlüsseltechnologien. In klassischen Entwicklungsprozessen scheitert die Implementierung neuartiger Ansätze oft an hohen Zeitrisiken, technologischen Insellösungen und der Komplexität moderner Multimaterialsysteme. Die Folge ist eine Stagnation auf dem Niveau etablierter, aber suboptimaler Technologiestufen.
DER LÖSUNGSANSATZ: TECHNOLOGIEPLATTFORM METAHYBRID.
Ausgezeichnet mit dem Deutschen Industriepreis („Best of R&D“).
Durch eine Dekade systematischer Technologierecherche und signifikante F&E-Investitionen wurden komplementäre High-Tech-Verfahren zu einer geschlossenen Wertschöpfungskette fusioniert. METAHYBRID fungiert als virtuelle Fabrik: Die Plattform übernimmt die mathematisch-digitale Konzeption und Orchestrierung, während die physische Umsetzung über ein zertifiziertes, industrielles Technologienetzwerk erfolgt.
METAHYBRIDE: MULTIFUNKTIONALE MULTIMATERIALSYSTEME AUF BASIS VASKULÄRER METAMATERIALIEN.
Die technologische Tiefe der Plattform basiert auf der strukturellen Verschmelzung physikalischer Funktionen innerhalb eines einzigen Bauteils. Grundlage sind Multifunktionale Vaskuläre Metamaterialien (MVM) — Standardwerkstoffe wie Aluminium, Kupfer oder Titan, deren Eigenschaften nicht durch ihre chemische Zusammensetzung bestimmt werden, sondern durch eine gezielt konstruierte dreidimensionale Hohlraum-Morphologie. Diese Struktur macht sie multifunktional, einstellbar und vaskulär durchströmbar — Eigenschaften, die massives Material strukturell nicht erreichen kann.
MVM werden KI-gestützt entwickelt und anwendungsspezifisch auf das jeweilige Anforderungsprofil ausgelegt — von der Materialstruktur bis zur Systemintegration. Sie entfalten ihre Vorteile überall dort, wo:
- Fluid-Feststoff-Interaktion gefordert ist — Wärmeübertragung, Kühlung, Verdampfung, Filtration, Schalldämpfung, Gasverteilung, Druckluft- und Vakuumtechnik.
- Hohe spezifische Oberfläche benötigt wird — Katalyse, Elektrochemie, Sensorik, Energiespeicherung, PCM-Integration.
- Leichtbau und Strukturfunktion kombiniert werden — Crashabsorption, Vibrations- und Schwingungsdämpfung, mechanische Lastaufnahme bei minimalem Gewicht.
- Multimaterial-Integration erforderlich ist — leistungsstarke Polymer-Metall-Verbunde ohne Haftvermittler, mediendichte Gehäuseintegrationen, thermische Schnittstellen in Kunststoffbauteilen.
MULTIFUNKTIONALE VASKULÄRE KOMPONENTEN AUS ALUMINIUM (OPENPORE-Casting)
Ausgezeichnet mit dem ThinKing Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg.
Einteilige Aluminiumkomponenten mit gezielter Eigenschaftssteuerung — realisiert durch die Einstellung von NaCl-Platzhaltern in Größe, Mischung, Massenanteil, Topologie und Gießparametern. Das Ergebnis: komplett porös, selektiv porös, selektiv massiv oder gradiert — in einem einzigen Bauteil. Durch die Integration metallischer Einleger aus Aluminium, Stahl oder Kupfer entstehen darüber hinaus leistungsstarke Multimaterialsysteme mit gezielt kombinierten Werkstoffeigenschaften.
- Nachhaltigkeit: 100 % kreislauffähiges Monomaterial-System aus Sekundäraluminium (geschlossener Wertschöpfungskreislauf).
- Architektur: Einteilige Komponenten mit fließenden Übergängen von struktureller Festigkeit zu funktionaler Porosität.
- Leistungsdichte: Leicht wie Kunststoff, mechanische Kennwerte auf dem Niveaus vom Stahlschaum.
- Benchmark: Bis zu -70 % Massenreduktion bei einer signifikanter Steigerung der Bauteillebensdauer.
Status: SERIE. Sofortige Verfügbarkeit.
MULTIFUNKTIONALE VASKULÄRE KOMPONENTEN AUS ALLEN 3D-DRUCKBAREN WERKSTOFFEN (OPENPORE-Printing)
Zum Patent angemeldet.
Digitale Plattform für einstellbare vaskuläre Metamaterialien (MVM) auf Basis des Insider-Prinzips zur computergestützten Generierung von Millionen von Werkstoffvarianten.
- Vollständige Materialunabhängigkeit: Skalierbarkeit auf das gesamte Spektrum aller additiv verarbeitbaren Werkstoffe – von Aluminium und Edelstahl über Hochleistungspolymere bis hin zu hochreinem Kupfer.
- Maximale Designfreiheit: Stufenlose und kontinuierliche Einstellung aller funktionellen Strukturparameter wie Porosität, Dichte, Materialanteil, Druckverlust, spezifische Oberfläche, Tortuosität u.a..
- Der Leistungssprung: Einsparungspotenziale von bis zu 70 % bei Bauteilvolumen und Gewicht. Architektonisch und physikalisch überlegen gegenüber konventionellen Lattice- (Gitter-) und TPMS-Strukturen.
- Prozess-Innovation: Vollständiger Wegfall nachgelagerter Montageschritte durch die direkte, formschlüssige Integration funktionaler Elemente in die metallische oder polymere Porenmatrix.
Status: SERIE. Sofortige Verfügbarkeit.
WERKSTOFFHYBRIDE AUS VASKULÄREN METAMATERIALIEN UND POLYMEREN (OPENPORE-Fillserts)
Zum Patent angemeldet.
Unlösbare, mediendichte Verschmelzung vaskulärer Aluminiumstrukturen und Polymeren — die technologische Lösung für hochkomplexe Metall-Kunststoff-Verbundsysteme.
- Werkstoffspektrum: Anwendbar auf gegossene MVM-Aluminiumstrukturen (OPENPORE-Casting) sowie auf additiv gefertigte, vaskuläre MVM-Architekturen aus dem gesamten Spektrum druckbarer Werkstoffe (OPENPORE-Printing).
- Prozess-Vorteil: Vollständige Beseitigung von Klebstoffen, Dichtungen und chemischen Vorbehandlungen durch rein mechanische Mikroverzahnung in der Porenmatrix.
- Integrität: Absolut mediendichte Übergänge und dauerhafte strukturelle Festigkeit unter thermomechanischen Extrembedingungen — ideal für integrierte Filterkomponenten oder multifunktionale Gehäusewände.
Status: FUSION. Kombination etablierter Serientechnologien. Sofortige Verfügbarkeit.
STRUKTURELLES FÜGEN MIT VASKULÄREN METAMATERIALIEN (OPENPORE-Join)
Zum Patent angemeldet.
Integration spezialisierter Befestigungselemente direkt in vaskuläre Metallstrukturen (gegossen oder additiv gefertigt) zur Erzeugung hochfester Verbindungslösungen.
- Flexibilität: Einsatz als autarke Stand-alone-Lösung zur direkten mechanischen Anbindung oder als eingebettete Inserts in Verbund-Strukturen aus CFK, GFK oder Polymeren.
Status: FUSION. Kombination etablierter Serientechnologien. Sofortige Verfügbarkeit.
FUNKTIONSHYBRIDE (METAKER-Surface)
Ausgezeichnet mit dem ThinKing Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg.
Plasmachemische Transformation von Leichtmetall-Oberflächen in multifunktionale, keramische Mikroverbundwerkstoffe direkt aus der Basismatrix (für Guss- und 3D-Druck-Komponenten).
- Physikalische Sprünge: Steigerung der Wärmeleitfähigkeit von Dünnschichten um bis zu 12.400 % – ideal für extremstes Thermomanagement.
- Kosteneffizienz: Senkung der Materialkosten um bis zu -90 % durch gezielte Substitution teurer Spezialwerkstoffe.
- Nachhaltigkeit: Ökologische Überlegenheit durch ein schadstofffreies Verfahren auf wässriger Elektrolytbasis – nachhaltiger als jede herkömmliche Oberflächentechnologie und voll kreislauffähig.
- Multifunktionalität: Synergetische Kombination mechanischer, elektrischer, thermischer und optischer Eigenschaften in einer mikrostrukturierten Matrix.
- Innovationskraft: Einsatz als chemisch aktiviertes Konstruktionselement für völlig neue Anwendungen jenseits klassischer Beschichtungsverfahren.
Status: TRANSFER. Serientechnologie. In Europa noch nicht verfügbar.
ADDITIVER HYBRID-DRUCK (OPENPORE-Hybridprinting)
Zum Patent angemeldet.
Direktes Aufdrucken komplexer Geometrien auf vaskuläre Aluminiumstrukturen (OPENPORE-Casting). Werkstoffidentische Verschmelzung von gegossenen MVM-Strukturen und additiv gefertigten Funktions-Features.
- Gefügehomogenität: Identische Legierungen für Basiskörper und Druckpulver garantieren eine perfekte metallurgische Verbindung ohne Grenzflächenschwächen.
- Geometriefreiheit: Kombination volumeneffizienter vaskulärer Grundkörper mit 3D-gedruckten Strukturen jenseits konventioneller Fertigungsgrenzen.
- Multimaterial-Potenzial: Technologische Erweiterbarkeit auf hybride Polymerverfahren für integrierte Dämpfungs- oder Dichtungsfunktionen.
- Prozess-Innovation: Wegfall von Montageschritten durch direktes, formschlüssiges Anwachsen funktionaler Elemente auf die vaskuläre Matrix.
Status: ROADMAP. In Entwicklung.
HYBRIDE ELEKTRONIK (METAKER-Hybrid)
Ausgezeichnet mit dem ThinKing Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg.
Transformation von Aluminiumoberflächen in multifunktionale, dielektrische Keramikstrukturen zur direkten Integration gedruckter Elektronik (Additive Electronics).
- Thermisches Management: Nutzung der exzellenten Wärmeleitfähigkeit des massiven Aluminium-Grundkörpers zur direkten Entwärmung – physikalisch überlegen gegenüber klassischen Keramiksubstraten oder isolierenden Leiterplatten-Materialien.
- Haftungs-Exzellenz: Unmittelbares Aufdrucken elektrisch leitfähiger Tinten auf die modifizierte Oberfläche – komplett ohne Einsatz von Primern oder Klebstoffen.
- Dielektrische Barriere: Erzeugung einer hochisolierten Keramikschicht direkt aus der Metallmatrix für sichere elektrische Trennung bei gleichzeitig minimalem thermischem Übergangswiderstand.
- System-Integration: Transformation struktureller Bauteile in aktive, multifunktionale Schaltungsträger; technisch validiert durch erfolgreich geprüfte Demonstratoren.