Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »DigiGlas«
Zur Produktion von Hochpräzisionslinsen aus Glas kommen in Deutschland üblicherweise abtragende Schleif- und Polierprozesse zum Einsatz. Diese sind aufgrund niedriger Automatisierung vor allem bei komplexen Geometrien sehr kostenintensiv. Auch ist das Verfahren aufgrund vieler schädlicher Betriebsstoffe und eines Materialabtrags von bis zu 90% nicht umweltverträglich.
In Asien, vor allem in China, wo vorrangig einfachere Geometrien gefertigt werden, kommen meist Umformverfahren zum Einsatz. Diese Umformverfahren ermöglichen eine wirtschaftlich attraktivere Serienproduktion mit viel geringerem Materialverlust im Vergleich zum Schleifen. In Deutschland, wo der Fokus meist auf komplexeren Geometrien liegt, ist dieses Verfahren noch nicht sehr etabliert. Wo es doch zum Einsatz kommt, erfolgt die Prozessentwicklung für die Glasumformung komplexer Geometrien derzeit überwiegend erfahrungsbasiert. Dieser Trial- & Error-Ansatz macht die Fertigung unwirtschaftlich teuer und hat zur Folge, dass oftmals mehrere hundert Versuche notwendig sind, bis die optimalen Prozessparameter gefunden sind.
Digitales Modell optimiert Prozesskette für die Optikfertigung
Das Forschungsprojekt »DigiGlas« zielt darauf ab, die Optikfertigung mittels Umformung effizienter zu machen: Mithilfe von KI-Modellen und Simulationen werden die Produktionsprozesse optimiert, die Fertigung wird deutlich ressourcenschonender und wirtschaftlicher.
Die KI-Modelle ermöglichen eine bedarfsgerechte Prozessentwicklung und berücksichtigen Faktoren wie Energie, Zeit und Genauigkeit. Zudem sind sie in der Lage, Wartungsintervalle und Qualitätsvorhersagen zu prognostizieren. Gleichzeitig wird ein hybrides Modell entwickelt, das KI-Methoden und FEM-Simulation vereint, um die Vorhersagegenauigkeit des Glasumformungsprozesses zu erhöhen und somit die Effizienz und Qualität der Fertigung zu verbessern.
Das digital optimierte Verfahren wird, im Vergleich zum herkömmlichen Schleifen und Polieren, bis zu 90 % Material einsparen und zudem den Ausschuss reduzieren. Ein weiteres Ziel ist die signifikante Senkung der CO2-Emissionen bei der Produktion von Asphären-Linsen. Dieser beträgt bei konventionellen Herstellungsverfahren im Schnitt rund 22 kg CO2 pro Linse und soll auf weniger als 3 kg CO2 gesenkt werden.
Weiterentwicklung der Technologie für neue Anlagen und Anwendungen
Die im Projekt entwickelten digitalen Modelle lassen sich flexibel auf verschiedene Anlagen anwenden und bilden die Grundlage für eine »Software as a Service« (SaaS). Dieser Service ermöglicht es, auch mit weniger Erfahrung effizient neue Produkte zu entwickeln. Darüber hinaus schafft sie die Basis für zukünftige Digitalisierungs- und KI-Forschungsprojekte, die weitere Prozessoptimierungen unterstützen.
Ergänzend wird ein Konzept für digitale Geschäftsmodelle entwickelt, das den Vertrieb und die Anwendung der Innovation gezielt fördert. So leistet das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Verbreitung energie- und ressourcenschonender Umformverfahren.
Durch den Aufbau einer leistungsfähigen Serverstruktur und einer digitalen Plattform können Neuentwicklungen direkt in Aachen und im Rheinischen Revier umgesetzt werden. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der digitalen Module und der Software durch die Projektpartner stellt sicher, dass Kunden von Produktionsanlagen auch langfristig profitieren.
Projektpartner
- Vitrum Technologies GmbH, Aachen (Koordination)
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Förderträger
VDI Technologiezentrum GmbH
Förderhinweis
Das Projekt »DigiGlas« wird durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV) im Rahmen der Fördermaßnahme »DigiRess II« gefördert.
Förderkennzeichen: 13DRN03B