Transformation komplexer Produktentstehungsprozesse in wissenbasierte Services für die generative Fertigung (TWIN)

Problemstellung
Die generative Fertigung von Kunststoff- und Metallteilen ist eine der wichtigsten Technologien, welche Informationstechnik und Fertigungstechnologie miteinander verzahnt. So werden aus digitalen Modellen Werkstücke hergestellt, die durch konventionelle Fertigungsmethoden gar nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand realisiert werden können. Allerdings birgt der Bereich der generativen Fertigung noch großes Potenzial zur Digitalisierung. Es wird in Zukunft möglich sein, intelligente Dienstleistungen im Fertigungsbereich für Prototypen anzubieten. Diese erlauben es, den aktuellen Fertigungsstand zu erfassen und den Prozess gegebenenfalls anzupassen.

Zielsetzung
Ziel des Forschungsprojekts TWIN ist die Weiterentwicklung der generativen Fertigungstechnologie des Laser-Pulver-Auftragsschweißens (LPA) durch eine digitale Prozessüberwachung. Zuerst wird dazu ein digitaler Zwilling erstellt, um anschließend die vollständige Prozesskette, vom Maschinenhersteller bis zur Endanwendung, zu analysieren. Insbesondere wird hierfür die notwendige Systemtechnik entwickelt und in eine bestehende Anlage integriert. Danach kann auf Basis des digitalen Zwillings eine Plattform zur Analyse der Daten – von den Fertigungsparametern über die Bauteilgeometrie bis hin zu den Materialkennwerten – erstellt werden.

Vorgehensweise
Um die Anforderungen an die Prozessüberwachung und die Serviceplattform zu ermitteln, werden zunächst Anwendungsfälle identifiziert und Geräte- und Softwareschnittstellen definiert. Anschließend werden Softwareanwendungen entwickelt, um die Integration, Überwachung und Analyse von Prozessdaten zu steuern. Aus diesen Daten kann so ein digitaler Zwilling des Prototyps erstellt werden. Zur Erprobung dessen wird eine bestehende Anlage mit der neuartigen Systemtechnik erweitert und die innovative Service-Plattform kontinuierlich adaptiert. So ist es möglich, die Qualität des Bauteils, beispielsweise in Hinblick auf Defektfreiheit und Formhaltigkeit, bereits während des Entwicklungsprozesses durch maschinelle Lernmethoden zu bewerten. Schließlich können daraus vielversprechende Geschäftsmodelle für Dienstleister der IKT-Branche abgeleitet werden.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die Ergebnisse werden in den teilnehmenden KMU eingesetzt, um flexible Produktionsprozesse mit kurzen Durchlaufzeiten, geringen Stückzahlen und hohem Knowhow-Einsatz zu gewährleisten. Durch eine optimierte Prozessüberwachung und intelligente analytische Verfahren wird das Portfolio an 3D-Druckerzeugnissen für Konstruktion, Prototyping und Montage um neue Möglichkeiten erweitert. Zur Sicherstellung des Wissenstransfers werden Workshops innerhalb der Innovationsplattform „Logistics Living Lab“ der Universität Leipzig mit Teilnehmern aus Wirtschaft und Forschung durchgeführt.

• CPT Präzisionstechnik GmbH Chemnitz
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Institut für Angewandte Informatik (InfAI) e.V.
• LASERVORM GmbH
• Siemens Aktiengesellschaft
• Universität Leipzig