Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »DIAMETER«
Der »European Green Deal« der Europäischen Union hat zum Ziel, Europa bis zum Jahr 2050 klimaneutral zu gestalten. Ein Schwerpunkt ist die Entwicklung einer umweltfreundlichen und ressourcenschonenden Industrieproduktion. Zu diesem Zweck werden neue Industriestandards festgelegt und nachhaltige Technologien gefördert.
Um die Nachhaltigkeitsziele in Branchen wie der Luftfahrt und Automobilindustrie zu erreichen, sind moderne Produktionsansätze und einheitliche Methoden zur Bewertung der Umweltauswirkungen erforderlich. Denn diese Branchen unterliegen strengen Auflagen und erfordern bislang eine materialintensive Fertigung komplexer Bauteile.
Umweltschonende und materialeffiziente Hybridfertigung in der Metallverarbeitung
Im EU-Projekt »DIAMETER« arbeiten wir am Fraunhofer IPT mit internationalen Partnern aus Industrie und Forschung daran, die Kreislaufwirtschaft in der metallverarbeitenden Industrie durch hybride Fertigungssysteme zu ermöglichen. Die Integration von additiver Fertigung und ergänzender Frästechnologie in einem hybriden Produktionssystem erlaubt eine besonders materialeffiziente und kreislauforientierte Herstellung von Metallbauteilen.
Ein Ziel des Projekts ist es, den CO2-Fußabdruck in der Fertigung zu senken: Indem Bauteile vor Ort im Unternehmen additiv gefertigt statt zentral produziert und transportiert zu werden, lässt sich die Ersatzteilfertigung optimieren und der Transportbedarf reduzieren.
Hohe Designflexibilität und Ressourceneinsparung
Durch den schichtweisen Materialaufbau in der additiven Fertigung können anspruchsvolle Bauteilgeometrien mit Hohlräumen und filigranen Strukturen gefertigt werden. Zum einen kann die hybride Fertigung den Materialausschuss verringern, zum anderen ermöglicht sie eine hohe Designflexibilität in der Bauteilkonstruktion. Zentrale Designkriterien wie Langlebigkeit, Reparierbarkeit und Recycling stehen bei der Entwicklung von Komponenten im Fokus des Projekts, um den gesamten Lebenszyklus des Endprodukts im Sinne einer Kreislaufwirtschaft zu berücksichtigen. Zum Beispiel lassen sich Produkte leichter demontieren und Materialien trennen, wenn Komponenten seltener miteinander verklebt werden.
KI-gestützte Software-Tools zur Nachhaltigkeitsbewertung und Qualifizierung
Mit dem Ziel, das Design von Bauteilen auf Kreislaufstrategien wie das Remanufacturing auszurichten und die hybride Fertigung zu optimieren, entwickelt das Projektteam ein Paket an digitalen Tools, die eine effektive Integration dieser Strategien in den Produktionsprozess ermöglichen.
Zur Bewertung der ökologischen und ökonomischen Auswirkungen von Fertigungsprozessen entwickeln wir auf der Grundlage der Europäischen Richtlinie zum »Environmental Footprint« einen KI-gestützten Algorithmus. Dieser integriert Daten aus der Prozessüberwachung sowie aus Simulationen der Vor- und Nachbearbeitung und der additiven Fertigung, um Nachhaltigkeitskennzahlen zu ermitteln.
Unsere Forscherinnen und Forscher erfassen systematisch Daten zu Energie-, Rohmaterial- und Gasverbrauch sowie Abfall- und Emissionen in den Fertigungsprozessen. Im Rahmen eines Protokolls legen wir die Versuchsbauteile und deren geometrische Eigenschaften fest. Diese Daten unterstützen unsere Analyse der Fertigungsprozesse und helfen bei der Entwicklung und Validierung der Prozessoptimierungen. Zusätzlich werden Daten zur Oberflächenqualität der Versuchsbauteile mithilfe von Deep-Learning-Bildklassifikation sowie zur Temperaturüberwachung während der additiven Fertigungsverfahren erfasst.
Softwareplattform für industrielle Anwendung
Die Funktionen werden über eine Softwareplattform bereitgestellt, die die industrielle Anwendung erleichtert und den Europäischen »Digitalen Produktpass« unterstützt. Damit können wir Transparenz über die Herkunft, Materialien und Recyclingfähigkeit von Produkten schaffen.
Zusätzlich entwickelt das Projektteam eine E-Learning-Anwendung, die Industriearbeiterinnen und -arbeiter zu den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft und deren Anwendung in der additiven Metallfertigung schult. Interaktive Kurse und Workshops helfen den Nutzenden, die Softwareplattform effizient zu einzusetzen und nachhaltige Produktionsmethoden zu implementieren.
Projektpartner
- Sabanci Universitesi (Koordination, Projektträger), Türkei
- Kungliga Tekniska Hoegskolan, Schweden
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
- The University of Sheffield, Vereinigtes Königreich
- Fundacion Cartif, Spanien
- Royal Melbourne Institute of Technology Spain SL, Spanien
- Royal Melbourne Institute of Technology RMIT University, Australien
- ModuleWorks GmbH, Deutschland
- OC Open Consulting Societa’benefit SRL, Italien
- Stratagem Energy LTD, Zypern
- Uni Systems Systimata Pliroforikis Monoprosopi Anonymi Emporiki Etairia, Griechenland
- F3NICE, Italien
- Trentino Sviluppo SPA, Italien
- Valcun BV, Belgien
- Tusas-Turk Havacilik Ve Uzay Sanayii AS, Türkei
- Valland S.P.A., Italien
- Coskunoz Kalip Makina Sanayi Ve Ticaret Anonim Sirketi, Türkei
- University of North Carolina at Charlotte, USA
Förderhinweis
Das EU-Projekt »DIAMETER – Demonstration of a sustainable circular-by-design manufacturing system based on additive manufacturing« wird über vier Jahre unter dem Förderkennzeichen 101177422 durch die Europäische Union im Rahmen des Horizon Europe Programms gefördert.