Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Photonische Prozessketten – eine neue Epoche in der Produktion

20.03.2013
Individualisierte Fertigung und komplexe Produkte auf Knopfdruck: BMBF fördert Forschung zur intelligenten Verkettung photonischer Fertigungsprozesse.

Vivaldi erklingt von einer gedruckten Geige – es war wahre Zukunftsmusik, mit der die Geigerin Martha Cohen auf der Münchener Lasermesse 2011 die Vorstellung des neuen BMBF-Programms „Photonik Forschung Deutschland“ eröffnete. Gespielt auf einer Geige, die von der Münchner Firma EOS mit einem 3D-Laserdrucker hergestellt wurde.


Komplexe Turbinenbauteile lassen sich mit dem 3D-Drucker in einem einzigen Prozess herstellen. ©Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen / Volker Lannert

Gedruckte Fahrräder, Spielfiguren oder Bioimplantate wie Knorpel – nichts scheint mehr unmöglich Dank der neuen additiven Fertigungsverfahren, bei denen das Objekt Schicht für Schicht aufgebaut wird. Selbstverständlich und regelmäßig werden heute bereits individualisierte Produkte wie Zahnprothesen oder Formteile für Hörgeräte mit diesen Verfahren hergestellt. Es ist die Geschichte einer neuen Epoche der industriellen Produktionstechnik. Rund um den Globus wird bereits von einer industriellen Revolution gesprochen – Die Photonik ist hierbei eine der treibenden Kräfte.

Bei den zukünftigen Ansprüchen des Marktes an produzierende Unternehmen zeichnen sich zwei Trends ab. Zum einen fordern Kunden immer komplexere Produkte zu möglichst niedrigen Preisen. Kurze Produktzyklen und hoher Variantenreichtum erfordern eine hochflexible Fertigung. Ein weiterer Trend liegt in der zunehmenden Einbindung des Kunden in die Entwicklung individueller Bauteile, die „auf Knopfdruck“ produziert werden. Im Idealfall legt der Kunde das eigene Design mittels geeigneter Software fest, um es dann bei einem Dienstleister per Datenleitung in kürzester Zeit an einem beliebigen Ort auf der Welt fertigen zu lassen.

Beide Trends verlangen eine enge Verkettung aller Schritte der Produktentstehung, von Konstruktion und Design über die Materialauswahl bis hin zu intelligenten und flexiblen Produktionsverfahren, die energieeffizient und im Idealfall unabhängig von Komplexitätsgrad und Losgröße wirtschaftlich sind. Gleichzeitig muss der Weg von den ggf. beim Kunden entstehenden digitalen Daten zum fertigen Produkt möglichst kurz werden.

Photonische Werkzeuge: „Complexity for free, Individualization for free“

Additive Fertigungsverfahren wie der 3D-Laserdrucker sind derzeit ein besonders prominentes Beispiel für die neuen Möglichkeiten, die der photonische Werkzeugkasten in der Produktion eröffnet. Sie wirken hier gedanklich wie ein Katalysator für die nächste Generation der Produktion.

Der 3D-Laserdrucker wird sein Potenzial zunächst in industriellen Prozessen ausspielen. Schon heute ermöglicht er die schnelle Herstellung von 3D-Prototypen. Er verkürzt den Weg von der Idee zum Produkt. Oder er ermöglicht die Produktion von Spezialanfertigungen z.B. für die Luftfahrtindustrie. Hier lassen sich erstmals äußerst komplex strukturierte, aber dadurch viel leichtere Konstruktionselemente herstellen. Der 3D-Laserdrucker schafft neue Wettbewerbsvorteile.

Doch das Potential der Photonik reicht weit darüber hinaus. Die berührungsfreien, hochflexiblen und verschleißfrei arbeitenden Prüf- und Fertigungsverfahren der Photonik sind erste Wahl, wenn es darum geht, den zukünftigen Anforderungen an Produktionsprozesse zu entsprechen. Ohne Werkzeugwechsel können mit photonischen Werkzeugen unterschiedlichste Formen flexibel von Stück zu Stück umgesetzt werden – die Massenfertigung individualisierter und komplexer Produkte wird so möglich.

Von Insellösungen zu neuen photonischen Prozessketten

Der Weg ist noch weit, die Vision dieser Verfahren jedoch deutlich aufgezeichnet. Um das Potenzial photonischer Werkzeuge für die moderne Produktion vollständig nutzen zu können, darf man die Fertigung eines Produkts nicht nur in ihren einzelnen Schritten begreifen, sondern muss die Gesamtheit der Verfahren in der vollständigen Prozesskette betrachten. Für die Photonik bedeutet dies, dass der nächste Schritt von Insellösungen zu kompletten, neuartigen photonischen Prozessketten führen muss.

Insbesondere für additive Herstellungsverfahren müssen die bislang eingeschränkte Werkstoffpalette verbreitert sowie Werkstoffe auf Prozesse und Anwendungen hin optimiert werden.

Durch die Kombination verschiedener Werkstoffe zu einem Werkstoff‐Hybrid oder die gezielte Modifikation des Werkstoffs ermöglichen laserbasierte Fügeverfahren und Strukturierungstechniken eine optimale Anpassung der Bauteileigenschaften an die Nutzungsanforderungen. Adaptive, selbstoptimierende Fertigungs- und Anlagenkonzepte auf der Basis von intelligenten Lasernetzwerken und optischen Sensor‐ und Regelsystemen steigern die Flexibilität der Produktionsinfrastruktur, reduzieren die time‐to-market und bieten Potenziale für eine Null‐Fehler‐Produktion.

Dabei ist die Kopplung einzelner photonischer Verfahren untereinander ebenso von Bedeutung wie deren Schnittstellen zu anderen Fertigungsverfahren. Künftig könnten Laserbearbeitungsmaschinen sogar als sogenannte Social Machines etwa durch Lernerfahrung die besten Parameter für die Bearbeitung bestimmter Werkstoffe erkennen und diese Parametersätze mit den anderen vernetzten Maschinen teilen.

BMBF stellt Fördergelder in Höhe von 30 Millionen Euro bereit

Weltweit ist ein globales Wettrennen um innovative Fertigungsverfahren entbrannt. Auch der US-amerikanische Präsident Barack Obama verkündete in seiner Rede zur Lage der Nation die Intensivierung der Forschungsanstrengungen auf dem Gebiet des 3D-Drucks. Und auch in China sind intensive Forschungsaktivitäten zu beobachten. Meldungen über den Druck von großen Flugzeugteilen aus Titanlegierungen lassen aufhorchen.

In Deutschland hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) bereits in der Vergangenheit die technischen Grundlagen der Laser- und Messtechnologie und deren Anwendungen systematisch aufgebaut, dies in engem Schulterschluss zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und Politik. Deutschland ist heute Weltmarktführer.

Mit der nun gestarteten Förderinitiative „Photonische Prozessketten“ treibt das BMBF gemeinsam mit der Branche die intelligente Verkettung photonbasierter Fertigungsprozesse mit vor- und nachgelagerten Produktplanungsprozessen zur flexiblen Fertigung individualisierter oder komplexer Produkte voran. Das BMBF stellt dafür Fördergelder in Höhe von rund 30 Millionen Euro zur Verfügung.

Darüber hinaus unterstützt das BMBF mit dem Förderprogramm Photonik Forschung Deutschland von Anfang an die Schaffung günstiger Rahmenbedingungen für die Branche. So initiierte das Ministerium im November 2011 auf der EuroMold in Frankfurt ein zweitägiges Symposium für die Anwender dieser Werkzeuge: Werkzeug- und Formenbauer, Automobilzulieferer und –hersteller, medizintechnische Unternehmen, Turbomaschinen- und Flugzeugindustrie, Lasersystemhersteller, Softwareentwickler bis hin zum Rapid Manufacturing für Jedermann.

Gleichzeitig adressiert das BMBF mit der neuen Initiative „Make Light“ das Open Innovation-Potenzial dieser neuen Technologien und spricht den Nachwuchs für die Branche an. So können heute bereits Berufsschüler selbstständig 3D-Scanner bauen, Lasercutter bedienen und den Umgang mit einfachen 3D-Druckern erlernen.

Ihr Ansprechpartner für die Bekanntmachung:

Dr. Jörg Baier
VDI Technologiezentrum GmbH
Projektträger des Bundesministeriums für Bildung und Forschung
VDI-Platz 1
40468 Düsseldorf
E-Mail: baier@vdi.de
Telefon: +49 (0)211 6214-569

Daniela Metz | idw
Weitere Informationen:
http://www.vdi.de
http://www.photonikforschung.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Stresstest über den Wolken
21.06.2017 | Hochschule Osnabrück

nachricht 3D-Druck im Mittelstand etablieren
20.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Future Security Conference 2017 in Nürnberg - Call for Papers bis 31. Juli

26.06.2017 | Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Digital Mobility“– 48 Mio. Euro für die Entwicklung des digitalen Fahrzeuges

26.06.2017 | Förderungen Preise

Fahrerlose Transportfahrzeuge reagieren bald automatisch auf Störungen

26.06.2017 | Verkehr Logistik

Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit

26.06.2017 | Physik Astronomie