POLYLINE | Integrierte Linienanwendung von polymerbasierten AM-Technologien

Bisher ist die vertikale und horizontale Integration von Additiven Fertigungsverfahren in konventionelle Linien nur begrenzt umgesetzbar. Dies ist einerseits auf AM-spezifische Produktionsschritte (z. B. Produktionszeit im „Batch-Prozess“) und auf den allgemein niedrigen Automatisierungsgrad der Bearbeitungs- und Transportprozesse zurückzuführen. Das Resultat sind isolierte Produktionsschritte und ein großer manueller Aufwand. Andererseits existiert entlang der horizontalen Prozesskette an vielen Schnittstellen keine durchgängige digitale Datenkette, was wiederum zu mangelnder Transparenz, hoher Fehleranfälligkeit und einem begrenzten Monitoring entlang der Prozesse führt. Effektive Produktionsplanung und -steuerung wird dadurch erschwert. Das große Potenzial von Additiven Fertigungsverfahren kann durch solche Einschränkungen stark gehemmt werden.

Ziel von POLYLINE ist es, die Additive Fertigung mit polymerbasiertem Laser-Sintern (LS) zu einem automatisierten und effizienten Produktionsprozess weiterzuentwickeln. Die Additive Fertigungstechnologie soll somit klassischen Prozessen in durchsatzstarken Linienproduktionssystemen auf Augenhöhe begegnen können. Dadurch kann am Standort Deutschland eine flexiblere Produktion mit Teileproduktion begünstigt werden, was am Beispiel von Serienteilen aus der Automobilindustrie gezeigt werden soll.

Ein Schwerpunkt des Fraunhofer IGCV liegt im Rahmen des Vorhabens in der Entwicklung einer digitalen Prozesskette für additiv gefertigte Kunststoffbauteile. Für den Durchbruch der Additiven Fertigung in der Serienproduktion ist eine durchgängige Datenverfügbarkeit von elementarer Bedeutung. Das Ziel dieses Teilvorhabens ist es daher, die verschiedenen, eingesetzten Softwarelösungen über standardisierte Schnittstellen miteinander zu verknüpfen, um die Entscheidungsqualität zu verbessern.

Wichtige Teilziele sind dabei die Konzeption einer geeigneten Systemarchitektur für die Softwarelösungen sowie die Gestaltung der Schnittstellen zwischen den Softwaresystemen. Des Weiteren soll gemeinsam mit den Projektpartnern ein Vorgehen zur eindeutigen Identifizierung der Bauteile erarbeitet werden, um die Prozessdaten dem digitalen Zwilling zuordnen zu können. Auf dieser qualitativ und quantitativ besseren Datengrundlage kann anschließend ein neuartiger Ansatz zur Produktionsplanung und -steuerung unter Berücksichtigung der einzigartigen Eigenschaften der Additiven Fertigungstechnologien entwickelt und über ein Simulationsmodell auf seine Eignung für die Serienproduktion überprüft werden.

Im Bereich der Bauteilreinigung bzw. Veredelung liegt das Augenmerk auf der technischen Sauberkeit. Neben dem zunehmenden Bedarf an Additiver Fertigung sind die Anforderungen an die technische Sauberkeit im Hinblick auf Veredelungsprozesse in den letzten Jahren stark gestiegen. Durch den Vorteil der Additiven Fertigung, komplexe Strukturen erzeugen zu können, ergibt sich zugleich der Nachteil der prozessbedingten Ansammlung von Verunreinigungen in feinen und somit schwer zugänglichen Zwischenräumen bzw. Kanälen im Bauteil. Zudem stellt die Zunahme der Teilevielfalt eine Herausforderung für die Bauteilreinigung dar. Das vielfältige Spektrum an Produktgruppen, Baureihen und Qualitätsniveaus (z. B. Verschmutzungsgrad) erfordert jeweils spezifische Reinigungsschritte, wobei die damit zusammenhängenden Produktvarianten in vielen Prozessvarianten für die Additive Fertigung münden.

Obwohl besonders die Bauteilreinigung einen entscheidenden Prozess der Additiven Fertigung darstellt, wurde dieser Bereich – mangels eines fundierten Prozesswissens in der Forschung und Industrie – bisher meist vernachlässigt. Aus diesem Grund werden heute umfangreiche Innovationspotenziale (z. B. fehlende Spezifikationen, Grenzen eingesetzter Reinigungstechnologien, nicht etablierte Analysemethoden) sowie Einsparungspotenziale (z. B. Zeit, Kosten, Ausschuss) noch nicht vollends ausgeschöpft. Daher müssen Reinigungsprozessketten erarbeitet werden, welche prozessuale Lücken schließen und so ein durchgängiges Produkt-Engineering und effizienzgesteigerte Veredelungsprozesse der Bauteile für industrielle Anwendungen ermöglichen. Zudem gilt es, die technische Sauberkeit zu verbessern, Ressourcen einzusparen sowie die notwendige Arbeitssicherheit zu gewährleisten.