Naturfaserstoffe

Holz als nachhaltiger Werkstoff im Wandel

Holz leistet als nachwachsender und lokal verfügbarer Werkstoff einen wichtigen Beitrag zu Klimaneutralität und Nachhaltigkeit. Der Übergang von mitteleuropäischen Nadelbaum-Monokulturen zu gemischten Nadel- und Laubwaldbeständen aufgrund von Klimawandel, Trockenperioden, Schädlingsbefall und extremen Wetterereignissen führt dazu, dass mehr Laubholz und Kalamitätsholz auf den Markt gelangen. Dadurch verändert sich die Rohstoffbasis der Holzindustrie grundlegend. Genau hier eröffnet das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS mit laserbasierten Fertigungsverfahren neue Verarbeitungsmöglichkeiten. Die Lasertechnologie ermöglicht präzisen, reproduzierbaren und lokal begrenzten Materialabtrag sowie gezielte Oberflächenmodifikation. Das Dresdner Institut entwickelt diese Ansätze für Anwendungen im Holzbau, im Verkehrswesen, in der Möbelindustrie, in der Verpackungsindustrie sowie im Maschinenbau und verbindet präzise Laserprozesse mit den Anforderungen industrieller Fertigung. So erweitert das Fraunhofer IWS die Verarbeitungsmöglichkeiten für holz- und papierbasierte Werkstoffe.

Herausforderungen moderner Werkstoffe und Fertigungsprozesse

Die wachsende anatomische und chemische Heterogenität der holz- und papierbasierte Werkstoffe fordert bestehende Verarbeitungsprozesse heraus. Auch hybride Bauweisen, wie z. B. Holz-Beton und Holz-Stahl, erhöhen die Anforderungen an stabile, flexible und wirtschaftliche Fertigungsprozesse. Die Laserbearbeitung reagiert darauf mit hoher Prozessgeschwindigkeit, kurzen Bearbeitungszeiten und einem berührungslosen Prozess, der Werkzeugverschleiß vermeidet. Das unterstützt eine effiziente und wartungsarme Verarbeitung auch dichter und abrasiver Laubholzwerkstoffe, wie beispielsweise Buche und Robinie. Stabile Prozessparameter gewährleisten eine gleichbleibende Qualität und erleichtern die Integration in automatisierte Inline-Produktionen.

Ganzheitliches Leistungsportfolio für die Industrie

Das Fraunhofer IWS bietet ein umfassendes Leistungsportfolio für die Entwicklung und industrielle Umsetzung innovativer Lösungen. Von der laserbasierten System- und Prozesstechnik für die Holz- und Papierbearbeitung über innovative Fügeverfahren bis hin zur Charakterisierung und Prüfung deckt das Institut die gesamte Wertschöpfungskette ab. Im Fokus stehen anwendungsorientierte Lösungen, die stabile Prozesse und zuverlässige Bauteilqualität ermöglichen. Ergänzt wird das Portfolio durch das gezielte Egalisieren von Oberflächen zur optimalen Klebvorbereitung sowie zum zuverlässigen Versiegeln und dem individuellen Konturschnitt von Schälfurnieren. Darüber hinaus ermöglicht das funktionale und dekorative Oberflächenveredeln maßgeschneiderte Lösungen, die sowohl technische Eigenschaften als auch ästhetische Anforderungen erfüllen.

Nachhaltige Integration in industrielle Fertigung

Durch die enge Verzahnung von Technologieentwicklung, Fügetechnik und Charakterisierung treibt das Fraunhofer IWS die Integration nachhaltiger Werkstoffe in industrielle Fertigungsprozesse voran.

Technologien für die Holz- und Papierbearbeitung

 

Laserinduziertes Abtragen und Oberflächenmodifizieren von Holz

System- und Prozesstechnik zur Holzbearbeitung

 

Fügen von Holz

Kleben von Holz und Holzverbindungen

 

Charakterisierung

Charakterisierung und Prüfung von Holz und Holzverbindungen

 

Laserbasiertes Fügen von Papier

Klebstofffreies Fügen von funktionalisierten Papier

Video: Nachhaltige und wirtschaftliche Laserbearbeitung von Holz

Laser-Keilzinken: Innovative Holzverbindungen für den modernen Holzbau

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© Fraunhofer IWS

Das Laser-Keilzinkenverfahren ist eine innovative Alternative zum konventionellen Fräsen und ermöglicht präzise Holzverbindungen durch gezielten Materialabtrag mittels Laser. Keilzinkenverbindungen spielen im Holzbau eine zentrale Rolle, weil sie kürzere Holzsegmente dauerhaft und tragfähig zu längeren Bauteilen verbinden.

Der flexible Laserprozess optimiert die Materialnutzung, sorgt für gleichmäßige Kraftübertragung und ermöglicht unterschiedliche Geometrien ohne Werkzeugwechsel. Dadurch reduzieren sich Prozesszeiten und -kosten – bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit und industrieller Skalierbarkeit.

Vorteil: effiziente Produktion, geringe Kosten und formstabile Holzverbindungen in gleichbleibend hoher Qualität.

Video: PAPURE – Fügen von Papier ohne Fremdstoffe

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© Fraunhofer IVV

Mit dem Projekt PAPURE verfolgen die Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP, für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV und für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU das Ziel, das Verschließen von Papierverpackungen ohne den Einsatz jeglicher Fremdstoffe zu realisieren.

Die Institute vereinen ihre Fachkompetenz, um einen innovativen Fügeprozess zu entwickeln, der die Recyclingfähigkeit von Papierverpackungen grundlegend verbessert. Dabei wird Material durch eine Laservorbehandlung modifiziert, sodass es sich anschließend direkt mit einem Heißsiegelverfahren sicher verbinden lässt.

Animation: PAPURE – Klebstofffreies Laserbasiertes Fügen von Papier

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© Fraunhofer IWS

Die Demonstrationsanlage des PaPure-Projekts ermöglicht erstmals die Herstellung von Verpackungsbeuteln mithilfe einer innovativen Laserverbindungstechnologie.

Das Papier wird kontinuierlich von einer Rolle abgewickelt, bestrahlt und verbunden. So lassen sich quadratische Beutel mit einer Geschwindigkeit von 10 Stück pro Minute herstellen. Die Schweißnaht wird kontinuierlich per Kamera überwacht, und die Nahtfestigkeit wird stichprobenartig automatisch überprüft.

Projekte

Fraunhofer-Projekt

PAPURE

Papierfügen ohne Fremdstoffe durch laserbasierte Materialmodifikation
Laufzeit: 04/2023–03/2026

Fraunhofer-Projekt

ROBINIA

Geklebtes Brettschichtholz aus Robinie aus Braunkohlerekultivierungsgebieten und Trockenstandorten in Sachsen/Brandenburg
Laufzeit: 05/2022–04/2023 

News und Medien

 

Presseinformation / 2.3.2026

Papierverpackungen ohne Klebstoffe verschließen

Kreislaufwirtschaft – Papierverpackungen besser recyceln

 

Aktuelles / 3.11.2022

Hartes Holz für nachhaltiges Bauen

Projekt ROBINIA will zu Kohlenstoffdioxid-Einsparungen im Bausektor beitragen