Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Darstellung des Lasersinterprozesses: Nach dem Belichten der Testbauteile für Zugfestigkeit und Maßgenauigkeit fährt die Beschichtungseinheit ein, um eine neue Pulverschicht aufzutragen.
Vom 3D-Druck zur Serie: Digitale Prozesskette für Kunststoffbauteile in der Automobilbranche
In Kürze
Das Projekt entwickelt eine durchgehende, KI-gestützte Prozesskette für die additive Fertigung von Kunststoffteilen. Forschung und Industrie arbeiten zusammen, um 3D-Druck mit neuen Materialien und digitalen Methoden serienfähig zu machen.
Im Detail
Das Projekt »DigiAutoFab« hat das Ziel, eine durchgängig digitale, skalierbare und serientaugliche Prozesskette für die additive Fertigung von Kunststoffbauteilen zu realisieren. Der Fokus liegt auf dem Pulverbett-basierten Lasersintern (PBF-LB/P), das bisher nur eingeschränkt für die Fertigung funktional nutzbarer Bauteile in der Automobilbranche genutzt werden kann.
Im Rahmen des Projekts arbeiten alle beteiligten Projektpartner zusammen, um die Potenziale des 3D-Drucks für die Serienproduktion voll auszuschöpfen. Um das Projekt zu realisieren, werden die folgenden Kernaspekte integriert:
- Aufbau eines End-to-End-Workflows: von der Bauteilentwicklung bis zur fertigen Produktion
- Integration intelligenter Sensorik zur Prozessüberwachung im 3D-Drucker
- Einsatz eines neuen, energieeffizienten und hochpräzisen Faserlasers
- Verarbeitung von Glaskugel-verstärkten Polypropylen und Polyamid-Materialien für die hohen Anforderungen an Automobilbauteile
- KI-gestützte Analyse von Prozessdaten zur Echtzeit-Qualitätsbewertung und dynamischen Prozessführung
- Nutzung von Digitalen Zwillingen zur Verknüpfung von Produkt- und Prozessdaten sowie zur simulationsbasierten Optimierung
Die Projektpartner und ihre Beiträge
- Fraunhofer IPA und IAO: Entwicklung des digitalen End-to-End-Workflows, Integration von Sensorik in den 3D-Druckprozess, KI-basierte Prozessüberwachung, Aufbau des digitalen Zwillings, Schnittstellen zur Nachbearbeitung und Qualitätssicherung.
- Universität Stuttgart (IFSW & IFF): Forschung an der Laser- und Anlagentechnologie (IFSW), Konzeption und Analyse des Fertigungssystems, Prozessdatenmodellierung, Systemintegration und Evaluation (IFF).
- Leotech Rapid Prototyping und Werkzeugbau GmbH: Anwendung und Praxistests der entwickelten Prozesskette, industrielle Anforderungen an Bauteilqualität und Wirtschaftlichkeit, Rückführung der Erfahrungen in die Prozessentwicklung.
- Porsche AG: Einbringung realer Anforderungen aus der Fahrzeugentwicklung, Validierung additiv gefertigter Kunststoffe für den Vorserieneinsatz und Bewertung zukünftiger Potenziale zur Digitalisierung der Prozesskette, Verkürzung der Herstellungszeiten und Reduktion der Herstellungskosten am Beispiel medienführender Bauteile.
- WENZEL Group GmbH & Co. KG: Messtechniklösungen für die Qualitätssicherung additiv gefertigter Bauteile, insbesondere im Hinblick auf geometrische Präzision, Oberflächengüte und automatisierte Prüfprozesse.
- DyeMansion GmbH: Nachbearbeitung und Oberflächenveredelung von 3D-gedruckten Kunststoffteilen, Integration in die digitale Prozesskette, Beitrag zur Serienfähigkeit durch standardisierte Finishing-Prozesse.
- Nexedi GmbH: Entwicklung der IT-Infrastruktur, Plattformintegration, Prozessdatenmanagement, offene Softwarelösungen zur digitalen Prozessvernetzung (z. B. ERP-nahe Lösungen oder Open Source Frameworks).
- 4D Photonics GmbH: Integration optischer Sensorik zur Prozessüberwachung, Erfassung und Auswertung zusätzlicher Datenquellen (Pulververteilung, Scanstrategie, Bauraumanalyse) zur Fehlervermeidung.
Das Fraunhofer IPA ist verantwortlich für die Entwicklung und Optimierung der Prozessparameter im Lasersintern (SLS/PBF-LB/P), speziell für die eingesetzten glaskugelverstärkten Polypropylen- und Polyamid-Materialien. Zudem werden Messdaten direkt aus dem 3D-Drucker erfasst und ausgewertet. Dabei werden hochauflösende Sensorik-Daten gesammelt, die als Grundlage für die KI-gestützte Prozessüberwachung und Fehlererkennung dienen. Die gewonnenen Daten ermöglichen, den Druckprozess in Echtzeit zu steuern und damit eine gleichbleibend hohe Bauteilqualität sicherzustellen.
Die im Projekt gewonnenen Daten, Erkenntnisse und entwickelten Methoden werden genutzt, um die Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle auf weitere Materialien und Fertigungsverfahren auszuweiten. Dadurch lassen sich zukünftig auch andere Werkstoffe im additiven Fertigungsprozess effizienter analysieren und optimieren. Darüber hinaus schaffen die Ergebnisse eine Grundlage für eine breitere industrielle Anwendung, insbesondere in der Serienproduktion von funktionalen Kunststoffbauteilen.
Zitate der Partner
»Das Lasersintern mit Kunststoffen… ist… keine etablierte, serientaugliche Fertigungstechnologie … wir haben uns zum Ziel gesetzt … die Gesamtprozesskette zu digitalisieren …« – Martin Bayer, Leotech
»Die digitale Prozesskette und der verlustfreie Informationsfluss sind kritische Erfolgsfaktoren …« – Nikolas Zimmermann, Fraunhofer IAO
»Wir bei Porsche sehen großes Potenzial beim Lasersintern mit Kunststoffen und in der Digitalisierung der Prozesskette.«
-Ralph Renz, Projektleiter Porsche