Go Beyond 4.0 Sechs Fraunhofer-Institute machen individuelle Massenproduktion möglich

Smarte Autotüren, gedruckte Sensoren und integrierte LEDs in Optiken – mit innovativen Verfahren wollen sechs Fraunhofer Institute die Massenproduktion individualisieren. Wie das geht, zeigen beispielhaft drei Demonstratoren.

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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

Schon heute verlassen in Wolfsburg pro Jahr laut den Fraunhofer Instituten nur zwei komplett identische Fahrzeuge das Band, alle anderen unterscheiden sich. Das macht im Schnitt 40.000 individuelle Fahrzeuge am Tag. Diese Individualisierung in der Massenproduktion stellt die produzierende Industrie vor enorme Herausforderungen. Das Fraunhofer-Leitprojekt „Go Beyond 4.0“ hat dafür drei Lösungen entwickelt.

Neue Verfahren ermöglichen individuelle Massenprodukte

Für das Projekt haben sich die sechs Fraunhofer Instituten ENAS, IFAM, ILT, IOF, ISC und IWU zusammengeschlossen und neue Druck- und Laserverfahren entwickelt, mit denen Leiterbahnen, Sensorik und Beleuchtungsmodule individuell in Bauteile gedruckt werden können. Drei Demonstratoren sollen zeigen, dass die Druck- und Laserverfahren einsatzfähig sind. Der Film erläutert die Verfahren:

Die smarte Tür – Bereich Automobilindustrie

Der Trend im Automobilmarkt geht stark zur Individualisierung und Funktionserweiterung. Eine steigende Variantenvielfalt bei sinkender Losgröße umzusetzen, war die Herausforderung des Demonstrators. Die neuen Entwicklungen ermöglichen ein Umdenken in der Konstruktion von Karosseriebauteilen wie beispielsweise Autotüren. Der Demonstrator zeigt, dass Leiterbahnen mit Hilfe von Druck- und Laserverfahren direkt auf Karosserieteile appliziert werden können. Das so hergestellte, komplexe Bauteil ist leichter und es entfällt der spätere, manuelle Einbau eines Kabelbaums.

Der smarte Flügel – Bereich Luftfahrt

In Leichtbauanwendungen der Luftfahrt geht der Trend hin zu Carbonfaser- und Glasfaser-verstärktem Kunststoff sowie der Bauteilüberwachung dieser Materialien. Dazu können druckbare Komponenten wie Temperatursensoren, Signalleitungen und Sensoren zum Beispiel in die faserverstärkten Verbundwerkstoffe (CFK und GFK) für Tragflächen integriert werden. Gedruckte Heizstrukturen inklusive Sensoren sollen dann das chemikalienfreie Enteisen von Tragflächen und das Erheben von Messdaten für das Bordmanagement ermöglichen. Der Demonstrator setzt das mittels Einsatz von Druck- und Laserverfahren um.

Die smarte Optik – Bereich Beleuchtung

In modernen Beleuchtungsanwendungen geht der Trend zu intelligenten Beleuchtungskörpern durch maßgeschneiderte Lichtverteilung. Deshalb hat das Leitprojekt optisch transparente Körper wie Linsen, die zum Beispiel Schriftzüge oder Logos projizieren, mit 3D-Druck- und Laserverfahren hergestellt. Dies ermöglicht die Integration von Leiterbahnen und LEDs in das Volumen der transparenten Optik. Damit entstehen komplexe Beleuchtungselemente, die das unmittelbare Einblenden von dynamischen Informationen ermöglichen. Beispielhaft zeigt das der Demonstrator an einem PKW-Scheinwerfer.

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Folgende Drucktechnologien finden dabei Einsatz:

• Inkjet-Druck (sheet-fed und robotergestützt)

• Dispensen (sheet fed und robotergestützt)

• Aerosol-Jet Druck (sheet fed)

Folgende Lasertechnologien werden verwendet:

• Ultra Short Pulsed Laser Systems

• Prozessgesteuerte Lasersysteme

• Hochfokussierte Lasersysteme

Völlig neue Produkte können entstehen

Der Bedarf an individualisierten Bauteilen mit anspruchsvollen elektrischen oder optischen Funktionalitäten in der industriellen Fertigung wächst seit Jahren. Durch die Integration digitaler Druck- und Lasertechniken in existierende Massenfertigungsumgebungen können nun die neuen Herausforderungen der Individualisierung einfach bewältigt werden. Damit soll auch die Entwicklung völlig neuer Produkte ermöglicht werden.

„In der Massenfertigung Unikate herzustellen scheint zunächst paradox. Wenn man aber die digitalen Fertigungstechnologien Inkjet-Druck und Laserbearbeitung geschickt in Umgebungen der Massenfertigung integriert, können die Produkte In-Line individualisiert werden“, erklärt Prof. Reinhard Baumann vom Fraunhofer ENAS, Projektkoordinator des Leitprojektes.

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