Cluster

Mit dem Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS startet die Fraunhofer-Gesellschaft ein hochambitioniertes Vorhaben. Das Ziel ist die internationale Technologieführerschaft bei Lasersystemen, die mit ultrakurzen Pulsen (UKP) höchste Leistungen erreichen, sowie die Erforschung von deren Einsatzpotenzialen im Verbund mit Fraunhofer-Partnern. Die neuen Systeme sollen alle bisherigen UKP-Laser um eine Größenordnung in der mittleren Laserleistung übertreffen. Gleichzeitig wird an der nötigen Systemtechnik sowie an möglichen Anwendungen in Industrie und Forschung gearbeitet.

Die Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT in Aachen und für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena koordinieren das neue Cluster. Die Applikationsentwicklung zusammen mit den Fraunhofer-Instituten FEP, IAF, IIS, IKTS, IMWS, ISE, ISIT, ITWM, IWM und IWS zielt darauf ab, neue Prozesse zu untersuchen und bekannte Verfahren zu industriell relevanten Durchsätzen zu bringen. Beispiele reichen von der Mikrostrukturierung und Oberflächenfunktionalisierung von Solarzellen, ultraharten Keramiken und Batteriekomponenten bis hin zum Schneiden von Gläsern und Leichtbau-Materialien.

Mit dem Leitprojekt futureAM hat die Fraunhofer-Gesellschaft eine neue Kooperationsplattform zur Weiterentwicklung der additiven Fertigung metallischer Bauteile ins Leben gerufen. Sechs Projektpartner, die Fraunhofer-Institute ILT, IWS, IWU, IGD und IFAM sowie die Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT, wollen den technologischen Vorsprung Deutschlands im Bereich Additive Manufacturing sichern und dezentral verteilte Ressourcen besser nutzbar machen. Ein Ziel ist es, den 3D-Druck von Metallbauteilen signifikant zu beschleunigen und gleichzeitig die Herstellungskosten zu reduzieren. In der Zusammenarbeit sollen dabei neue digitale Prozessketten sowie skalierbare und robuste AM-Prozesse entstehen. Zudem werden die entsprechende Systemtechnik und Automatisierung entwickelt und die Palette an verarbeitbaren Werkstoffen wird erweitert.

In einem gemeinsamen »Virtual Lab« entwickeln die futureAM-Partner Demonstrator-Bauteile, die die Praxistauglichkeit und das Potential der entwickelten Technologien zeigen sollen. Reale Systeme und Prozesse werden dazu digital abgebildet und mittels Simulationstools optimiert – so können etwa Vorhersagen besser getroffen oder Fehler schneller erkannt und behoben werden.

Das aktuell weltweit angewandte allgemeine Produktionskonzept besteht aus der Massenfertigung von identischen Produkten zur Maximierung der Unternehmenserträge. Über dieses Produktionskonzept hinaus äußern die Zukunftsmärkte (u. a. Automobilbau, Luftfahrt und Beleuchtung) den Bedarf an der Herstellung von individualisierten Produkten unter Beibehaltung der Herstellungseffizienz der Massenfertigung. Die Fraunhofer-Gesellschaft hat sich dabei zur Aufgabe gemacht den Ausbau der deutschen Kompetenz im Maschinen- und Anlagenbau, aufgrund des wachsenden internationalen Wettbewerbs, zukunftssichernd zu verstetigen und sich dem Bedarf der Märkte anzunehmen.

Im Leitprojekt »Go Beyond 4.0« steht die Bereitstellung von neuen Technologien zur Differenzierung und Effizienzsteigerung der Produktion individualisierter Produkte im Mittelpunkt der Arbeiten, insbesondere die Integration der digitalen Fertigungstechnologien Druck- und Laserverfahren in bestehende, zunehmend vernetzte Massenfertigungsumgebungen.

Um dieses Vorhaben zu ermöglichen, sind Fraunhofer-Kompetenzen aus den sechs Standorten (Chemnitz, Bremen, Aachen, Jena, Würzburg und Dresden) gebündelt. Das Projektkonsortium besteht aus dem Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS, dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF, Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC und dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Darüber hinaus sind Kompetenzen der Fraunhofer-Verbünde Mikroelektronik, Produktion, MATERIALS und Light & Surfaces zusammengeführt worden.

Einzelne Photonen und Quantenzustände gezielt präparieren, kontrollieren und für moderne Anwendungen nutzen – mit diesem Ziel starteten sechs Fraunhofer-Institute im Oktober 2017 das neue Leitprojekt QUILT (Quantum Methods for Advanced Imaging Solutions). Die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT entwickeln in diesem gemeinsamen Vorhaben robuste, vermarktungsfähige Photonen-Quellen für bildgebende Verfahren auf quantentechnologischer Basis. Denkbare Anwendungsgebiete sind die Medizin- oder Messtechnik, in denen damit neue Bereiche des elektromagnetischen Spektrums erschlossen und Grenzen der Bildgebung erweitert werden können.

Projektpartner des Leitprojekts QUILT sind die Fraunhofer-Institute ILT, IMS, IOF, IOSB, IPM und ITWM.

Der Forschungscampus »Digital Photonic Production DPP« in Aachen erforscht neue Methoden und grundlegende  physikalische Effekte für die Nutzung von Licht als Werkzeug in der Produktion der Zukunft. Mit dem BMBF-geförderten Forschungscampus DPP wird eine neue Form der langfristigen und systematischen Kooperation zwischen RWTH Aachen University, Fraunhofer-Gesellschaft und Industrie etabliert. Ziel dieser Zusammenarbeit ist die komplementäre Bündelung der verschiedenen Ressourcen unter einem Dach zur gemeinsamen anwendungsorientierten Grundlagenforschung. Dies wird durch ein neues Gebäude auf dem RWTH Aachen Campus  ermöglicht: dem Industry Building DPP. Hier können die  Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft auf ca. 7.000 qm Büro- und Laborfläche gemeinsam unter einem Dach im Rahmen des Forschungscampus DPP forschen.

Die Fraunhofer-Institute für Produktionstechnologie IPT und Lasertechnik ILT sowie das Werkzeugmaschinenlabor WZL und der Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen University starteten am 28. Oktober 2015 in Aachen zusammen mit 19 renommierten Industriepartnern das »International Center for Turbomachinery Manufacturing – ICTM«. 

Zu den zur Zeit 32 Industriepartnern des Netzwerks zählen große und mittelständische Unternehmen aus den Bereichen Turbomaschinenbau, Maschinenbau, Automatisierungs- und Zerspanungstechnik sowie Additive Fertigung. Im Mittelpunkt des Centers stehen Forschung und Entwicklung rund um die Fertigung und Reparatur von Turbomaschinenkomponenten, welche durch die Partner in allen Bereichen abgedeckt werden. Das Forschungszentrum wurde ohne jegliche staatliche Förderung gegründet und gehört damit zu den wenigen selbstständigen Netzwerken, die aus den Fraunhofer-Innovationsclustern »TurPro« und »ADAM« hervorgingen. Der zehnköpfige Lenkungskreis besteht aus Vertretern der beteiligten Industrieunternehmen und Forschungsinstitute. 

Das Aachener Zentrum für 3D-Druck ist eine gemeinsame Forschungsgruppe des Fraunhofer ILT und der FH Aachen mit dem Ziel, kleinen und mittelständischen Unternehmen den Zugang zur gesamten Prozesskette im Bereich Additive Manufacturing (AM) zu eröffnen. So sollen die ökonomischen und technologischen Chancen genutzt werden, die diese innovative Technologie bietet.

Kleine und mittlere Unternehmen durchleuchten ihre Anwendungen und sehen zunehmend die ökonomischen und technologischen Chancen des AM in ihren Produktionsumgebungen. Oftmals scheuen sie allerdings die Investitionsrisiken. Vor allem aber verfügen sie nur selten über qualifizierte 3D-Druckspezialisten und ausgebildete Facharbeiter. Hier  setzt das eng kooperierende Expertenteam des Fraunhofer ILT und der FH Aachen an. 

Das Zentrum für Nanophotonik bündelt am Fraunhofer ILT eine Reihe von Aktivitäten, bei denen Analysesysteme mit einer Auflösung im nm-Bereich entwickelt werden, aber auch Produkte und Komponenten mit Strukturen bis hinunter in den Bereich von einigen Nanometern. Die Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit den in diesen Gebieten tätigen Fakultäten der RWTH-Aachen (u.a. Fakultät Physik/Naturwissenschaften, Fakultät Elektrotechnik) durchgeführt.

Der Schwerpunkt dieses Leistungszentrums liegt in der Entwicklung, systematischen Einführung und Nutzung moderner Digitalisierungstechnologien für zukunftsfähige, industrielle Produktionssysteme und Wertschöpfungsketten im Sinne von »Industrie 4.0«. Im Rahmen eines übergreifenden FuE-Moduls »Digitalisierung und Vernetzung« erarbeitet das Leistungszentrum in den Themenfeldern »Smart Manufacturing Plattform«, »Big Data«, »Adaptive Prozesskette« und »Prozesssimulation und Modellierung« das Konzept der vollständig vernetzten, adaptiven Produktion. Alle Entwicklungen werden in sechs Pilotlinien in den Bereichen Energie, Mobilität und Gesundheit anhand repräsentativer Prozessketten validiert und demonstriert. Die Anbindung an das Fraunhofer Cloud System »Virtual Fort Knox« stellt hierbei eine neutrale und sichere Plattform zur Speicherung der Produktionsdaten und Ausführung von Webservices zur Analyse und Optimierung der Prozessketten dar. Die enge Zusammenarbeit mit namhaften Industrieunternehmen stellt die Übertragbarkeit in ein industrielles Umfeld sicher.

Der Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung« ist eine Initiative der Fraunhofer-Institute ILT und IPT mit Expertisen in der Laser- und Produktionstechnik. Er bietet eine Plattform für Fragestellungen in der Materialbearbeitung in Bezug auf Prozesse, Maschinen und aktuelle industrielle Fertigung. Mit diesem Angebot richtet sich die Initiative an Unternehmen aus den Bereichen des Maschinenbaus, der Anlagenintegratoren und des produzierenden Gewerbes.