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 Lizensierung 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

Selective-Laser-Melting-Prozess bei der Fertigung eines Gasturbinenbauteils bei MAN Diesel & Turbo SE
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Selective-Laser-Melting-Prozess bei der Fertigung eines Gasturbinenbauteils bei MAN Diesel & Turbo SE

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. Im durch die Europäische Union geförderten »AMable«-Projekt entwickeln Forschungsinstitute unter Leitung des Fraunhofer ILT ein umfassendes System aus Datenhaltung und Service – die erste Blockchain im Bereich Additive Manufacturing. Vor allem klein- und mittelständische Unternehmen werden damit bei der Umsetzung ihrer Ideen im Bereich der additiven Fertigung unterstützt.

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 Metal Deposition (LMD) als auch mit dem Laserstrahlschmelzen. Für neue Freiheiten bei der Materialwahl für das Laserstrahlschmelzen untersucht das Fraunhofer ILT beispielsweise Spezifikationsgrenzen von Pulverkorngrößen und den Einsatz günstigerer Pulverherstellungsmethoden.

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.

Projektergebnisse 2017 (Auswahl)

Projektergebnisse 2016 (Auswahl)

Hier finden Sie eine Auswahl laufender Verbundprojekte

»ADIR«

Next generation urban mining - Automated disassembly, separation and recovery of valuable materials from electronic equipment

»ComMUnion«

Net-shape joining technology to manufacture 3D multi-materials components based on metal alloys and thermoplastic composites

»EVEREST«

Entwicklung einer intelligenten Verfahrens- und Systemtechnik für das extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen

»futureAM«

Next Generation Additive Manufacturing

»INSPIRE«

Interferometrische Abstandssensorik mit autonomen Subsystemen für Präzisions-Inline-Messungen zur Regelung automatisierter Fertigungsprozesse

»NeuGenWälz«

Neue Werkstoffe für die generative Fertigung von Wälzlagern

»ProLMD«

Prozess- und Systemtechnik zur Hybrid-Fertigung großer Bauteile mit dem Laser Metal Deposition (LMD) Verfahren

»TriboLas-3D«

Verfahrensentwicklung zur laserbasierten Herstellung ortsselektiver tribologischer Schichtsysteme auf 3D-Oberflächen

»ultraSURFACE«

Ultra Dynamic Optical Systems for High Throughput Laser Surface Processing

Ansprechpartner für Projektanfragen

Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hoffmann

»Laser und Laseroptik« 

 

Telefon +49 241 8906-206
-> E-Mail senden

Dr.-Ing. Arnold Gillner

»Abtragen und Fügen« 

 

Telefon +49 241 8906-148
-> E-Mail senden

 

Prof. Dr.-Ing. Johannes Henrich Schleifenbaum

»Generative Verfahren und funktionale Schichten« 

 

Telefon +49 241 8906-398
-> E-Mail senden

 

Prof. Dr. rer. nat. Reinhard Noll

»Messtechnik und EUV-Strahlquellen« 

 

Telefon +49 241 8906-138
-> E-Mail senden