Methoden der künstlichen Intelligenz für die additive Fertigung nutzen

Robuste und anforderungsgerechte Produktion ab Losgröße 1

Additive Fertigungsverfahren, deren Ursprung in den 1980er Jahren liegt, sind in der Lage komplexe Bauteile in kleinen Stückzahlen bis zur Losgröße 1 wirtschaftlich und nachhaltig zu fertigen. Kunststoff-basierte Verfahren nutzen fotovernetzbare oder thermoplastische Materialien und fertigen daraus schichtweise Bauteile. Hierzu werden keine Werkzeuge benötigt.

Die additive Fertigung hat mittlerweile einen Reifegrad erreicht, so dass immer mehr industrielle Anwendungen erfolgreich realisiert werden können. Entsprechende Materialien, Anlagen und die peripheren Prozesse sind verfügbar. Allerdings sind die Fertigungsprozesse komplex und stellen im Zusammenhang mit der Fertigung individualisierter Produkte und „Losgröße 1“ für den industriellen Einsatz immer noch eine Herausforderung dar. So sind die aus der Massenfertigung bekannten Verfahren und Vorgehensweisen zur Prozessoptimierung und Qualitätssicherung oftmals nicht praktikabel oder unwirtschaftlich. Hier können Methoden der künstlichen Intelligenz genutzt werden, um die additiven Fertigungsverfahren robuster und ihren Einsatz wirtschaftlicher zu machen.

Nutzen und Herausforderungen

In den vergangenen 20 Jahren waren signifikante Leistungssprünge im Bereich der künstlichen Intelligenz (KI) und des maschinellen Lernens zu beobachten. KI ist auch dank kostengünstiger IT-Infrastruktur und leistungsfähiger Software-Pakete im industriellen Umfeld eine etablierte und akzeptierte Technologie. Sie steht somit auch für unterschiedliche Anwendungen innerhalb der additiven Fertigung zur Verfügung – einige Beispiele:

• Identifikation relevanter Prozessparameter auf spezifische Bauteileigenschaften
• Automatisierte Parameteroptimierung: Bauteil- und materialspezifische Optimierung zur Reduktion von Aufwand und Ausschuss.
• Prädiktion von Bauteileigenschaften auf Basis des Zustandes der Rohmaterialien und Prozessdaten
• Inline-Regelung relevanter Subprozesse (z.B. Materialaustrag, thermische Regelung, Vernetzungsprozesse,…)
• Optimierung der Nutzerinteraktion
• Methoden zur Qualitätssicherung bei individualisierten Bauteilen, Losgröße 1 und bei dezentraler Produktion

Aktuell sind jedoch noch lange nicht alle Anwendungsfelder und Potenziale von Methoden der KI für die additive Fertigung bekannt. Es muss geklärt werden, welche Methoden für den jeweiligen Fall optimal geeignet ist, wie Trainingsdaten erfasst und gelabelt werden, welche Sensorik zur Erfassung von Daten geeignet ist, ob Daten mittels Simulation erzeugt werden können und ob das trainierte KI-System schlussendlich geeignet ist, um die Aufgabe zu erfüllen.

Am Fraunhofer IPA arbeiten daher Experten aus den Bereichen Cyber Cognitive Intelligence sowie Additive Fertigung zusammen, um Unternehmen ein ganzheitliches Leistungsangebot bei der Nutzung von Methoden der KI für die additive Produktion bieten zu können. Gemeinsam mit unseren Kunden arbeiten wir daran, die Potentiale auszuschöpfen welche sich aus der Kombination dieser zwei Zukunftstechnologien ergeben.