Digitale, integrative und additive Fertigung
Die Zukunft der Kunststoffindustrie ist vernetzt, das gilt im gleichen Maß für die Polymerforschung. Vernetzt umschließt sowohl Verfahren als auch Daten. Die geschickte Kombination aus unterschiedlichen Technologien, gerade mit neuartigen Verarbeitungsmethoden wie der additiven Fertigung, eröffnet neue Möglichkeiten im Produktdesign. Im gleichen Schritt ist die konsequente Nutzung von Informationen entlang der gesamten Entwicklungs- und Fertigungskette notwendig.
Wir beschäftigen uns mit den drei Schlüsselthemen – Digitalisierung, integrative und additive Fertigung – um in der Forschung und der Entwicklung polymerer Werkstoffe neue Akzente zu setzen. Genauso wichtig ist für uns die geschickte Verknüpfung der Themenbereiche.
Die Forschung und Entwicklung generiert bereits heute eine große Menge an Daten. Informationen fallen bei Formulierung, Verarbeitung, Analyse und Anwendung polymerer Werkstoffe an. Bis heute erfolgt die Auswertung und Korrelation von Daten in der Materialforschung allerdings durch den Menschen, was einen erheblichen zeitlichen und personellen Aufwand mit sich bringt. Nur ein geringer Bruchteil davon wird strukturiert erfasst, für die Weiterentwicklung genutzt oder für die instantane Prozessoptimierung eingesetzt.
Genau an diesem Punkt setzen wir an. Unterstützt von digitalen Partnern erfassen wir entlang der gesamten Forschungs- und Prozesskette relevante Informationen. Die gewonnenen Daten stellen wir strukturiert für maschinelles Lernen und Methoden der künstlichen Intelligenz zur Verfügung. Wir nutzen die neuen digitalen Technologien, um schneller und besser zu werden – und gleichzeitig neue Wege und Ansätze der Materialforschung zu beschreiten. Beispielsweise können Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen mit einer Vielzahl von Einflussgrößen systematisch bewertet werden. Damit entstehen Verständnis und Korrelationen, die für den Menschen schlicht nicht erschließbar sind.
Daneben bauen wir künftig das Feld von smarten polymeren Werkstoffen in der Anwendung konsequent auf und aus. Durch Informationen während der Verwendung und für das Recycling entsteht nicht nur ein vertieftes Werkstoffverständnis. Der Konsument bekommt durch die Daten darüber hinaus einen deutlichen Mehrwert bei der Anwendung von kunststoffbasierten Lösungen.
Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Holger Ruckdäschel
Telefon: +49 921 55 7471
Die additive Fertigung birgt im Vergleich zu anderen etablierten Fertigungsverfahren eine Vielzahl neuer Möglichkeiten. So lassen sich neben funktionalen Prototypen auch komplizierteste Bauteilgeometrien durch die werkzeuglose Herstellung realisieren. Darüber hinaus sind der hohe Individualisierungsgrad, die kurzen Produktionszeiten sowie der element- bzw. schichtweise Aufbau als charakteristische Merkmale dieser Technologieanzuführen. Wir verfügen über verschiedene Geräte zur Umsetzung unterschiedlicher additiver Herstellungsverfahren wie beispielsweise Digital Light Processing (DLP) und Fused Filament Fabrication (FFF). Über unsere Partner haben wir zudem direkten Zugriff auf diverse andere Verfahren. Ferner besteht bei uns die Möglichkeit der Herstellung thermoplastischer Filamente.
Unser Fokus liegt auf:
- Entwicklung neuartiger Filamente für das Fused Deposition Modeling (FDM): Ausgehend vom Granulat über die Compoundierung und Filamentextrusion bis hin zum eigentlichen Druckprozess wird die komplette FDM Prozesskette abgedeckt.
- Entwicklung neuartiger Duromere für das Digital Light Processing (DLP): Das langjährige Know-how in der Harzmodifikation wird gezielt genutzt, um UV-härtende Hochleistungsharzsysteme für das DLP-Verfahren zu entwickeln, sowie deren Druckparameter zu optimieren.
- Analytik und Prüfung für die additive Fertigung: Durch ein breites Spektrum von Analysemethoden können sowohl Verarbeitung- als auch Produkteigenschaften charakterisiert werden. Dies ermöglicht eine zielorientierte Weiterentwicklung von Materialien.
Wir planen den Bereich additive Fertigung in den nächsten Monaten und Jahren konsequent um Verfahren zur Herstellung der Ausgangsmaterialien (Pulver, Filamenten, Duromere) und um Druckverfahren zu erweitern. Vor der Entwicklung neuer Materialien betrachten dabei stets zuerst, in welchen Anwendungsbereich das additiv gefertigte Bauteil gehen sollen und welche Vorteile sich gegenüber anderen Herstellverfahren ergeben.
In den letzten Jahrzehnten wurden bereits in vielen Anwendungen unterschiedliche Werkstoffe miteinander zu Bauteilen verknüpft. Die Gründe sind vielfältig und umfassen beispielsweise Kosten, Design und mechanische Anforderungen. Zwei Trends erfordern jedoch neue Verfahrenskonzepte – die Individualisierung und die Digitalisierung von Bauteilen.
Genau diese beiden Trends greifen wir auf, verknüpfen verschiedene Fertigungstechnologien und binden elektronische Komponenten und Sensorik in Kunststoffprodukte ein. Gerade neuere Verfahren wie die additive Fertigung eignen sich hervorragend für die individuelle Anpassung. Sie benötigen aber eine sinnvolle Verknüpfung mit anderen etablierten Verfahren, um eine qualitativ und kostentechnisch sinnvolle Lösung zur Massenindividualisierung zu ergeben (mass customization). Im gleichen Zuge ist die Einbettung von Sensorik an der richtigen Stelle und mit dem richtigen Verfahren enorm wichtig, um die Funktionsfähigkeit der elektronischen Komponenten zu erhalten und die Daten aus der Anwendung sinnvoll auswerten zu können.