Maschinen- und Anlagenbau

Der Maschinen- und Anlagenbau ist einer der Hauptadressaten der am Fraunhofer ILT entwickelten Lasersysteme und Verfahrenstechniken. Neue leistungsstarke Strahlquellen und Optiksysteme sowie hocheffiziente laserbasierte Fertigungsverfahren verhelfen dem Maschinenbau zu neuen Prozesskettenlösungen und Geschäftsfeldern, sowie den Anwendern zu neuen Produkten und geringeren Fertigungskosten. Insbesondere im Bereich der Fertigungsverfahren, wie dem Laserschneiden, Laserschweißen, der Strukturierungs- und Bohrtechniken und der additiven Fertigung, verfügt das Fraunhofer ILT über ein tiefes Prozessverständnis. Dieses stützt sich auf eine langjährige Expertise in der Simulation und Modellierung lasertechnischer Verfahren. Das Fraunhofer ILT unterstützt seine Kooperationspartner in der Auswahl applikationsspezifischer Strahlquellen, in der Optimierung von Prozesseffizienz und Produktqualität durch angepasste Optiksysteme und beim Einsatz leistungsstarker Prozessüberwachungssysteme. Die Kommerzialisierung und Lizenzierung erfolgt in enger Abstimmung mit den FuE-Partnern.

Durch die Digitalisierung der industriellen Produktion gewinnt die Integration von Sensoren und Prozessüberwachungssystemen an Bedeutung. Die modellgestützte Planung von Prozessketten und sensorintegrierte Umsetzung im Sinne von Industrie-4.0-Konzepten ermöglicht die Schaffung digitaler Schatten von Prozessabläufen, Produkten und Anlagen. Digital Photonic Production bildet einen Schwerpunkt am Fraunhofer ILT und leistet einen wirkungsvollen Beitrag zu Industrie 4.0.

Im Forschungscampus Digital Photonic Produktion wird das Zusammenspiel von Laserverfahren und digitaler Netzwelt systematisch vorangetrieben. Insbesondere im 3D-Druck-Bereich und der Ultrapräzisionsbearbeitung entstehen in enger Kooperation von Wissenschaft und Industrie neue Ansätze für die Entwicklung innovativer Laseranlagen und Produktionsprozesse. Mit den Möglichkeiten von künstlicher Intelligenz und Industrie 4.0 erreicht die Prozesskontrolle zukünftig eine neue Qualität.

Additive Manufacturing und Industrie 4.0

Mehrere Laser am Fraunhofer ILT in Aachen verwandeln Metallpulver per 3D-Druck in ein Demonstrator-Bauteil für die zukünftige Triebwerks-generation von Rolls-Royce.
© Fraunhofer.
Mehrere Laser am Fraunhofer ILT in Aachen verwandeln Metallpulver per 3D-Druck in ein Demonstrator-Bauteil für die zukünftige Triebwerks-generation von Rolls-Royce.

Komponenten- und Prozessentwicklung, Systemintegration, Design von Materialeigenschaften oder individuelle Beratung: Das Fraunhofer ILT bietet im Bereich Additive Manufacturing (AM) umfangreiche Expertise an. Die Robustheit der AM-Prozesse steht dabei im Vordergrund. Zudem wächst die Bedeutung der Digitalisierung von Prozessketten – ein wesentlicher Baustein von Industrie 4.0. Die Durchgängigkeit der Daten, von der CAD-Konstruktion über Simulationen und Fertigungsprozesse bis hin zur Qualitätssicherung produzierter Bauteile muss gesichert sein. Daten werden in Echtzeit erfasst, ausgewertet und in entsprechende Regelkreise eingespeist.

Die Anwendungsfelder der Additiven Fertigung liegen insbesondere dort, wo an Design und Werkstoffeigenschaften hinsichtlich individualisierter oder komlexer Bauteile höchste Ansprüche gestellt werden. Das Fraunhofer ILT befasst sich sowohl mit dem Laser Material Deposition (LMD) als auch mit dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF).

Im Fraunhofer-Leitprojekt »futureAM - Next Generation Additive Manufacturing« bündelten das Fraunhofer ILT und fünf weitere Fraunhofer-Institute ihre Kompetenzen, um die additive Fertigung auf ein neues Niveau zu heben. Die Partner ebneten den Weg für die Entwicklung eines Werkzeugs zur Dokumentation und Verfolgung des Fortschritts von AM-Projekten mit verteilter Prozesskette. Dank des »Virtual Lab«, einer übergreifenden Plattform für die hochvernetzte Zusammenarbeit, können reale Systeme durch Modellierung und Simulation auf der Basis von digitalen Zwillingen optimiert werden. Damit werden Fehlerdiagnose, prädiktive Analyse, Produkt- und Prozessoptimierung oder langfristige Qualitätssicherung signifikant verbessert.

Echtzeit-Prozessüberwachung für das Laserschweißen und -auftragschweißen

Ausrichtung von Pulverfokus, Lage der Bearbeitungslaserstrahlung (grün) und Messstrahlung des »bd-1« (rot).
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Ausrichtung von Pulverfokus, Lage der Bearbeitungslaserstrahlung (grün) und Messstrahlung des »bd-1« (rot).

Am Fraunhofer ILT werden verschiedene Systeme zur echtzeitfähigen Prozessüberwachung entwickelt, die eine wirtschaftlichere Produktion und eine verbesserte Qualitätssicherung bieten. Ergebnis des EU-Forschungsprojekts »MAShES« ist beispielsweise ein multispektrales, bildgebendes Sensorsystem zur Prozessüberwachung. Dieses kann in eine Laserbearbeitungsoptik integriert und beim Schweißen sowie beim Auftragschweißen eingesetzt werden. In Echtzeit werden unterschiedliche Sensordatenströme während des Prozesses gleichzeitig analysiert, wodurch ein eindeutiger Fingerabdruck des Prozesses entsteht. Dieser setzt sich aus mehreren Merkmalen, wie der Abkühlrate der Bauteiloberfläche oder der Schmelzbadoberflächengeometrie, zusammen, die mit »Machine-Learning«-Konzepten aus multispektralen Prozessbilddaten ermittelt werden. Mit den eingesetzten Algorithmen lassen sich beispielsweise Schweißnähte klassifizieren und entsprechende Fertigungsprozesse durch eine Echtzeitkontrolle wirtschaftlicher gestalten.

Projekte mit Beteilung des Fraunhofer ILT

Strategische
Fraunhofer Projekte

Eine Auswahl von strategischen Projekten mit Beteiligung des Fraunhofer ILT finden Sie auf unserer Cluster-Webseite.

Laufende
Verbundprojekte

Hier finden Sie eine Auswahl von aktuellen Verbundprojekten mit Beteiligung des Fraunhofer ILT.

Abgeschlossene
Verbundprojekte

Hier finden Sie eine Auswahl von abgeschlossenen Verbundprojekten mit Beteiligung des Fraunhofer ILT.

Jahresberichte

In unseren aktuellen Jahresberichtsbeiträgen finden Sie weitere Projektergebnisse.

Ansprechpartner für Projektanfragen

Prof. Arnold Gillner

Abteilungsleiter »Business Development Forschungsmärkte« 

 

Telefon +49 241 8906-148
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Prof. Carlo Holly

Abteilungsleiter »Data Science und Messtechnik« 

 

Telefon +49 241 8906-142
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Dr.-Ing. Christian Vedder

Abteilungsleiter »Oberflächentechnik und Formabtrag« 

 

Telefon +49 241 8906-378
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Dr. rer. nat. Achim Lenenbach

Abteilungsleiter »Lasermedizintechnik und Biophotonik

 

Telefon +49 241 8906-124
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Dr.-Ing. Alexander Olowinsky

Abteilungsleiter »Fügen und Trennen« 

 

Telefon +49 241 8906-491
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Dr.-Ing. Thomas Schopphoven

Abteilungsleiter »Laserauftrag­schweißen« 

 

Telefon +49 241 8906-8107
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Tim Lantzsch M. Sc.

Abteilungsleiter »Laser Powder Bed Fusion« 

 

Telefon +49 241 8906-193
-> E-Mail senden

Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hoffmann

Abteilungsleiter »Laser und Optische Systeme«

 

Telefon +49 241 8906-206
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