轻质结构工艺：2024 年彼得·多尼尔基金会奖表彰直接生产贝壳形复杂 3D 织物的新技术

根据联邦经济部 2024 年 7 月发布的关于德国轻质结构的经济重要性的研究报告，2019 年德国提供了价值近 3600 亿欧元的涉及轻质结构的商品和服务。根据该研究，这约占德国总产值的5.5%。这些数字凸显了纤维增强塑料 (FRP) 部件对于可持续转型的重要性。 “无论是飞机涡轮叶片、行李箱盖、船体还是风力涡轮机叶片，轻质而稳定的 FRP 组件都有助于在众多应用中减轻重量、节约材料和能源”，德累斯顿工业大学专门研究纺织机械与高性能材料技术的研究组组长Dominik Nuß说道。据他介绍，在这些应用中，经常使用碳纤维或玻璃纤维。他解释说：“许多轻质结构应用需要具有无法展开的几何形状的壳形组件，但到目前为止，这些组件还不能直接编织。”但现在这种情况可能会有所改变。

飞机涡轮叶片直接从织机中生产
“对于由碳纤维制成的具有复杂几何形状的 FRP 组件，通常会用于生产增强织物，手动将其切割成许多小块，然后重新组装成所需的形状，然后用塑料覆盖和固化。” Nuß 先生作为纺织机械工程师致力于优化该项工艺。作为博士学位的一部分，Dominik Nuß 开发了一种全新的编织工艺，首次可以生产由芳纶、玻璃纤维或碳等高性能纤维制成的整体近净形织物，用于复杂的壳形轻质部件。首先，Nuß 先生放弃传统织物需卷取的编织工艺。此外，他还开发了一种灵活的织造筘，可以在织造过程中将织物宽度调整为组件宽度。 Nuß 先生详细阐述道：“得益于免卷取和可变宽度的织造工艺，复杂的 3D 几何形状（例如涡轮叶片）可以直接在织机上生产 - 因此，耗时且产生浪费的切割和铺设过程得以省去并彻底消除”。

“工艺彻底改变了增强织物的生产”
这位纺织研究人员因其题为“壳形织物结构整体生产的新工艺：技术、方法和机器开发”的论文而获得了 2024 年彼得·多尼尔基金会奖，奖金为 5,000 欧元。这位科学家表示，这对他来说是一个特殊的荣誉：“这个奖项对我来说是一个巨大的荣誉。获得我的开发所基于的机器制造公司的奖励是一件非常特别的事情-----因为众所周知，没有人比本身就是该领域专家的评审团更挑剔。”

评审团主席兼演讲嘉宾阿德南·瓦胡德 (Adnan Wahhoud) 在多尼尔喷气织机开发部门工作了 26 年，他在颁奖典礼上解释了这一决定：“该工艺采用全新的方法彻底改变了增强织物的生产，并展示了以前从未实现过的织物生产的可能性。 Nuß 先生利用多尼尔织机的灵活性，为轻质结构织物的生产树立了新标准。” Nuß 先生在改进的多尼尔剑杆织机和史陶比尔公司的提花机上进行了试验。

对可持续发展和资源效率的重要贡献
彼得·多尼尔基金会 (Peter Dornier Foundation) 主席，2002 年去世的创始人彼得·多尼尔 (Peter Dornier) 的妻子玛雅·多尼尔 (Maja Dornier) 在欢迎约 100 名客人来到多尼尔织造技术中心时，向这一获奖作品致敬：
“新的编织工艺为现代轻质建筑行业提高资源效率做出了重要贡献，从而有助于可持续发展”。她强调：“基金会创始人 Peter Dornier 会很高兴看到博士论文将织物生产领域的创新成果与航空航天领域的轻量化结构结合起来。”
他的儿子彼得·D·多尼尔 (Peter D. Dornier) 是林道尔·多尼尔有限公司 (Lindauer Dornier GmbH) 监事会主席、前任首席执行官，同时也是基金会顾问委员会成员，他向父亲的毕生成就致敬：作为航空先驱克劳德 (Claude) 的第二个长子彼得多尼尔 (Peter Dornier) 不仅作为一名飞机设计师设定了技术里程碑，而且作为国际化运营的织机和特种机器制造商的创始人和数十年来的首席执行官，他早在 20 世纪 60 年代就开始了开发2014 年，在 Peter D. Dornier 的亲自领导下，成立了 “复合材料系统”的新部门。在该部门，多尼尔开发和制造高度复杂的织机，要求苛刻的航空航天工业的供应商使用这些织机来连续生产具有工艺可靠性和可扩展性的 3D 织物。

首次：将碳纤维碰撞部件编织成一体
获奖者 Nuß 表示，不仅可以使用他获奖的工艺将涡轮叶片、半壳式安全头盔或整体运动装备或帆船壳体一体化产品。他还认为他的编织工艺特别适合特殊的 FRP 应用：能量吸收碰撞结构，简称 EACS。此类碰撞部件常见于保险杠或汽车前端、飞机轮系、轨道车辆甚至电梯中。它们通常由金属或碳纤维制成，在发生碰撞时吸收能量以保护乘员。 Dominik Nuß 坚信：通过他创新编织工艺，EACS 中的碳纤维成分可以显著提高吸收能力。 “到目前为止，目前任何编织工艺都无法生产出几何优化横截面的复杂曲率，以改善碰撞行为的主要因素，主要与碳纤维的厚度有关”获奖者在颁奖典礼上解释道。这就是为什么他最近启动了一个关于他的工作的研究项目，该项目现已被授予基金会奖。他想了解如何使用碳纤维来编织更复杂的 EACS 组件，并“一体式”优化褶皱几何形状，这应该比传统的 EACS 组件效率更高。

彼得·多尼尔基金会奖
彼得·多尼尔基金会奖的想法可以追溯到林道尔·多尼尔有限公司的创始人彼得·多尼尔（Peter Dornier，1917-2002）。自2021年起，该奖项颁发给在纺织、薄膜和复合技术以及航空航天领域做出杰出科学工作的年轻人。与资助医学研究和支持临终关怀机构实现自我决定和有尊严的生活直到最后，都是该基金会宗旨的一部分。