Schneller, besser: Fertigung

Damit Fertigung kreislauffähig wird, entwickeln unsere Forschenden unter anderem Prozess- und Werkzeugtechnologien zur Trockenbearbeitung. Auf diese Weise können umweltschädliche Abfälle vermieden sowie Ressourcen und Energie eingespart werden, weil flüssige Dielektrika und Kühlschmierstoffe oder Peripherieaggregate entfallen. Die trockene und rückstandsfreie Bearbeitung mit CO₂-Strahlspanen ist beispielsweise für große und komplexe Leichtbauteile in der Windenergie, Luftfahrt und Automobilindustrie interessant. Die neue Anlage, die dafür am Fraunhofer IPK entsteht, soll die Produktivität im Vergleich zu herkömmlichen Systemen um bis zu 25 Prozent steigern und Bearbeitungskosten um bis zu 60 Prozent reduzieren. In der Reinigung ersetzen CO₂-Technologien schon länger nasschemische Verfahren. Die CO₂-Schneestrahltechnik wird aktuell zur Reinigung von Bipolarplatten für Brennstoffzellen und Elektrolyseure weiterentwickelt. »Wenn es Herstellern gelingt, ihre Fertigung energie- und ressourcenschonend zu gestalten, steigern sie automatisch auch ihre Produktivität und Zuverlässigkeit«, ist Prof. Julian Polte, Leiter des Geschäftsfelds Produktionssysteme am Fraunhofer IPK, überzeugt. 

Werkzeugmaschine im Blick

Um die Bearbeitung von komplexen Bauteilen wirtschaftlich und prozesssicher zu gestalten, bieten Werkzeugmaschinen selbst viele Ansatzpunkte. So untersuchen unsere Forschenden, wie mithilfe von Spannmitteloptimierung der Verschleiß beim Fräsen reduziert werden kann. Für die Simulation von Eigenfrequenzen in der Zerspanung haben sie ein alternatives Werkstückspannkonzept mit besserer Werkstückerreichbarkeit entwickelt. Das neue System soll eine erhebliche Reduktion des Werkzeugverschleißes bei gleichzeitiger Erhöhung des Vorschubs möglich machen. Neu ist auch eine externe automatisierte Spüleinheit für Senkerodiermaschinen, die für reproduzierbare Fertigungsergebnisse und eine bis zu 30 Prozent schnellere Bearbeitung sorgt.

Darüber hinaus sind Lösungen für eine werkzeuglose Fertigung, mit der Lieferengpässe abgefangen und Entwicklungszeiten, zum Beispiel von neuen E-Antrieben reduziert werden können, ebenso Teil aktueller FuE-Projekte wie die Integration von mobilen Roboterplattformen und leichtgewichtigen Industrierobotern in die Logistik. Damit könnten zukünftig auch KMU Werkzeugmaschinen und Montagestationen schnell und flexibel miteinander verketten und Rüstzeiten um bis zu 50 Prozent verringern. Technologisch gesehen macht die Additive Fertigung möglich, was konventionell nicht mehr hergestellt werden kann: mithilfe von KI generierte komplexe Strukturen für Hochleistungswerkzeuge, die konturnah eine sehr hohe Kühlleistung erbringen, oder für Wärmetauscher, die ein wichtiger Teil des Thermomanagements in E-Fahrzeugen sind.

»Wenn es Herstellern gelingt,
ihre Fertigung energie- und ressourcenschonend zu
gestalten, steigern sie
automatisch auch ihre
Produktivität und Zuverlässigkeit.«

Höchste Präzision für die Gesundheit

Auch Medizin und Life Sciences profitieren von neuen Technologien, zum Beispiel für die Herstellung von mRNA-basierten Arzneimitteln. Viele Produktionsprozesse in der pharmazeutischen Industrie beruhen auf technischen Mischvorgängen. Die Mischungsgüte entscheidet dabei nicht nur über die Qualität von Produkten wie medizinische Wirkstoffe und Nanopartikel, sondern letztendlich auch über deren Wirksamkeit. Die FDmix-Plattform, eine gemeinsame Entwicklung von Fraunhofer IPK und der FDX Fluid Dynamix GmbH, erzielt Mischungen von bisher unerreichter Homogenität bei geringsten Mischzeiten und ist über einen großen Volumenstrombereich hinweg skalierbar. Damit ermöglicht sie eine effiziente und robuste Serienproduktion von Arzneimitteln und Erzeugnissen der chemischen Industrie. »FDmix ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie wir technologische Lösungen schaffen, die letztlich jedem einzelnen Patienten zu Gute kommen«, sagt Dr. Christoph Hein, Leiter des Geschäftsfelds Ultra- und Hochpräzisionstechnik.

Dazu zählen auch modernste In-vitro-Methoden, Mikroproduktionstechnologien und bildgebende Verfahren, um die Oberflächen von Implantaten zu verbessern und klinische Komplikationen nach Zahn-, Hüft- oder Knieoperationen zu vermeiden. Mit Organ-on-a-Chip-Technologien, an denen unsere Forschenden arbeiten, können Wirkstoffe sicher getestet werden, ganz ohne Tierversuche. Und ein neues Inline-CT-System prüft medizinische Kunststoffteile wie Herzklappen dank KI-unterstützter Datenauswertung 50 Mal schneller als herkömmliche Messmethoden – und ermöglicht damit erstmals eine 100-Prozent-Kontrolle im Takt der Fertigung.