Projekte

Forschergruppen

Hybrid4 - Hybride Produktionsmethoden und intelligente Fertigungsketten

 

Partner: GFE – Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e. V., Ernst-Abbe-Hochschule Jena, ifw Jena

Ziel der Arbeiten der Forschergruppe ist, durch hybride Produktionsmethoden "intelligente“ Prozessketten zur Herstellung und Bearbeitung von maschinenbaurelevanten Bauteilen zu entwickeln und darzustellen. Dies soll entlang der Wertschöpfungskette beginnend von der additiven Fertigung über die spanende Nachbearbeitung bis hin zum Fügen hybrider Bauteile erfolgen. Die in die Untersuchungen einzubeziehenden Bauteile sollen dazu in sogenannter Multimaterialbauweise ausgeführt werden. Zielstellung der Forschergruppe ist daher die Erforschung grundlegender Methodiken und Technologien zur Gestaltung solcher hybrider Prozessketten. Die Wechselwirkung von Material und Bearbeitungstechnologien in Bezug auf das zu fertigende Bauteil wird untersucht. Daraus werden Schlussfolgerungen für die optimale Gestaltung sowohl der Teilprozesse als auch der gesamten Prozesskette abgeleitet.

Die Herstellung von hoch komplexen Bauteilen stellt die Fertigungstechnik und damit die Prozessabläufe vor ständig neue Herausforderungen. Zunehmender Kosten- und Zeitdruck sowie höchste Qualitätsanforderungen bedingen die Gestaltung optimaler Prozessketten unter Nutzung neuer Fertigungstechnologien, um den gleichzeitig steigenden Forderungen nach Flexibilität, Präzision und Effizienz gerecht zu werden. Dem gegenüber stehen die in den letzten Jahren rasant gestiegenen Möglichkeiten der Nutzung neuer, innovativer Techniken und Technologien, wie beispielsweise die additive Fertigung oder auch die Nutzung sog. hybrider Fertigungsverfahren, die durch die Kombination konventioneller Verfahren wie z.B. der Zerspantechnik mit der Laserbearbeitung oder der ultra-schallunterstützten Bearbeitung gekennzeichnet sind.An diesem Punkt setzt das Forschungsvorhaben der Thüringer Forschergruppe an. Wissenschaftler aus den Forschungseinrichtungen GFE Schmalkalden, Ernst-Abbe-Hochschule Jena und ifw Jena wollen eine Wissensbasis entwickeln, wie solche hybriden Produktionstechnologien für neue Generationen hybrider Werkstoffe und Bauteile genutzt werden können, sodass daraus weitreichende Möglichkeiten zur Ge-staltung von intelligenten und ebenfalls hybrid gestaltbaren Fertigungsketten ableitbar sind. Aufgrund der Komplexität der Aufgabenstellungen ist die interdisziplinäre Zusammenarbeit der Forschungspartner zur Erreichung der Ziele zwingend erforderlich. Andererseits erklärt sich hieraus auch die multifunktionale Wirkung des „Hybridgedankens“, indem hybride Materialien, Bearbeitungsverfahren, Fügeverfahren und Bauteile (=Hybrid4) in ihrer Wechselwirkung entlang der gesamten Wertschöpfungskette untersucht, analysiert und bewertet werden, um daraus letztendlich wirtschaftlich und qualitativ optimale Prozessketten zur Komplettbearbeitung von Präzisionsbauteilen zu generieren. Das Vorhaben soll einen wichtigen Beitrag leisten, mit Hilfe von hybrid geführten Fertigungsprozessen Grundlagen zu schaffen, um die Potenziale der Kombination von ressourcenschonenden additiven Technologien mit konventionellen subtraktiven Verfahren der Zerspanung verstärkt für Präzisionsbauteile nutzen zu können. Damit werden Voraussetzungen geschaffen, das Spektrum an komplexen Präzisionsbauteilen für innovative Branchen wie Automotive, Luft- und Raumfahrt, Energietechnik und insbesondere den Maschinenbau signifikant zu erweitern.

Sonaro - Smarte Objektübernahme und –übergabe für die nutzerzentrierte mobile Assistenzrobotik

Partner: Technische Universität Ilmenau - Fachgebiete Neuroinformatik und Kognitive Robotik sowie Qualitätssicherung und Industrielle Bildverarbeitung, Hochschule Schmalkalden, GFE - Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V.

Die Entwicklung von Anwendungen für Industrie 4.0 aber auch „Smart Health“ ist geprägt von einem zunehmenden Einsatz intelligenter interaktiver Systeme für die Mensch-Maschine-Interaktion (MMI). So werden im Bereich “Smart Health” Assistenzroboter das Pflegepersonal bei typischen Pflegetätigkeiten unterstützen und als Assistenten mit Zureich- oder Übernahmefunktion fungieren. Ähnliche, auf intelligente Handlangertätigkeiten basierende Assistenzfunktionen werden auch in anderen Tätigkeitsbereichen, wie der industriellen Fertigung (z.B. Montage) oder im Handwerksbereich Einzug halten, wenn es gelingt, die Assistenzroboter so zu gestalten, dass Nutzer und Roboter der aktuellen Situation entsprechend kooperativ und hoch effizient Hand in Hand zusammenarbeiten können.

Vor diesem Hintergrund sollen im Rahmen der Forschergruppe für die Mensch-Roboter-Kollaboration neuartige Lösungen zur smarten Objektübergabe und -übernahme erforscht werden, die für die Weiterentwicklung der interaktiven Assistenzrobotik essentiell sind und deutlich über den gegenwärtigen Stand der Technik hinausgehen. Sie sollen es erlauben, dass Assistenzroboter bei ihrer Interaktion mit dem Menschen situativ ihre Handlungen an den Menschen und dessen aktuelle Tätigkeiten anpassen und damit sozial akzeptabel werden. Im Rahmen des angestrebten smarten Übernahme/Übergabeszenarios bedeutet dies, dass der Assistenzroboter bei einer Objektübernahme die Haltepose und Greifposition der Hand des Übergebenden am Objekt erkennen und daraufhin das Objekt auf eine alternative Art und Weise sicher greifen und übernehmen kann, ohne dabei den Menschen zu gefährden. Im weiteren Verlauf ist das übernommene Objekt dann sicher zu einem weiteren Akteur zu transportieren und gefährdungsfrei an diesen zu übergeben. Die hierfür erforderlichen dynamischen Prozesse erfordern eine kontaktlose Überwachung und Analyse des gemeinsamen Interaktionsraumes und der aktuellen Aktivitäten der Interaktionspartner. Dies erfordert intensive Forschungsarbeiten auf folgenden Gebieten:  

  • Wahrnehmung der Handhaltung und sichere Unterscheidung von Händen und zu übergebenden Objekten (Situationserkennung)
  • Robuste Erkennung der zu übernehmenden/übergebenden Objekte und deren Lagebestimmung (Objekterkennung und Lagebestimmung)
  • Exakte Selbstlokalisation des Roboters und seiner Manipulatorik im Raum auf Basis einer exakten Umgebungsmodellierung (Raumlokalisierung)
  • Nutzerzentrierte Navigation und Greifbewegungssteuerung für die Objektübernahme bzw. Übergabe (Nutzerzentrierte Navigation und Zugriff)  

Das Vorhaben steht in enger Verbindung mit der Neuausrichtung und Entwicklung des Kompetenzfeldes „Interaktive Assistenzsysteme für die Produktion“ des Thüringer Zentrums für Maschinenbau (ThZM). Es nutzt als mobile Roboter-Experimentalplattformen die bereits bewilligten Investitionen des ThZM Phase 2 zum Themenfeld Assistenzsysteme.

TemGro - Temperierte Großwerkzeuge

Partner: Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik,
Hochschule Schmalkalden,
ifw Jena | Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH

Technologisch gewinnen Ur- und Umformprozesse in der heutigen Produktion immer mehr an Bedeutung. Insbesondere in der Zulieferindustrie, angefangen vom Werkzeugbau bis hin zu spritzgegossenen oder gestanzten Komponenten, findet in Thüringen Wertschöpfung statt. Ziel im Projekt ist es, Grundlagenerkenntnisse zum Aufbau von großen temperierten Formwerkzeugen zu erarbeiten. Temperierungen in Werkzeugen werden eingesetzt, um die Zykluszeit zu verkürzen (z. B. Kühlung beim Spritzgießen), den Werkstoff mit geringeren Kräften plastisch zu verformen (z. B. Wärmen des Werkzeugs), den Verschleiß zu verringern (z. B. Kühlen von Stanzwerkzeugen) oder um Umwandlungseffekte zu erzielen bzw. zu kontrollieren (z. B. Presshärten). Der Ansatz der Forschergruppe beruht darauf, Verfahren der additiven Fertigung, im speziellen das formgebende Lichtbogenschweißen und Diffusionsschweißen, so zu entwickeln, dass Formwerkzeuge mit integrierten Temperierkanalstrukturen größerer Abmessungen erzeugt werden können. 

EmiMasch - Emissionsarme und energieeffiziente Fertigungstechnik für den Maschinenbau

Partner: TU Ilmenau, Ernst-Abbe-Hochschule Jena, GFE Schmalkalden

Eine Produktion ist davon gekennzeichnet, dass neben dem Ausgangsprodukt, Abfälle und Emissionen (z. B. Staub, Geräusch, Schwingungen, Wärme) entstehen, die die Effizienz der gesamten Fertigungskette und die Genauigkeit beeinflussen.

Die Forschergruppe verfolgt den Ansatz, durch die ganzheitliche Betrachtung des Gesamtsystems Maschine/Prozess Bedingungen abzuleiten, die es erstmalig erlauben, geeignete Werkzeugmaschinen sowie Prozesse auszulegen und zu entwickeln, die in der Gesamtbetrachtung emissionsarm und effizient sind. Mit dem Vorhaben werden für Unternehmen grundlegende Erkenntnisse und Methoden erarbeitet, um neue Auslegungsverfahren für Maschinen und für Werkzeuge vorzunehmen und Prozesse effizient und emissionsarm umzusetzen.

Flexible Fertigungstechnologien

Partner: Ernst-Abbe-Hochschule Jena, Fachhochschule Schmalkalden

Hochleistungsbearbeitungsprozesse, PowerMoulds, Additive Fertigung und innovative abtragende Fertigungsverfahren für 3D Bearbeitungsprozesse

Innovative Möglichkeiten zur Fertigung neuer Produkte rücken heute mehr denn je in den Fokus. Dabei ist es unerheblich, dass in Richtung der additiven Verfahren für Kleinserien und in die Werkzeug- und Formentechnik für die Massenfertigung geschaut wird. Das gemeinsame Ziel aller dieser Verfahren ist die kosteneffizientere und schnellere Herstellung von Bauteilen für verschiedene Bereiche des täglichen Lebens. Allen Verfahren ist gemein, dass sie verschiedene Produkte hervorbringen, sei es das Endprodukt aus Metall oder Kunststoff oder Halbzeuge aus Metall und Verbundwerkstoffen, die in weiteren Schritten zum Endprodukt verarbeitet werden. Aus diesem Grund hat sich die Forschergruppe Flexible Fertigungstechnologien, bestehend aus den Professuren Produktentwicklung/Konstruktion, Eingebettete Systeme/ Technische Informatik, Fertigungstechnik/ Werkzeugkonstruktion und Fertigungstechnik/ Fertigungsautomatisierung, das Ziel gesetzt, bestehende Fertigungsverfahren zu verbessern und neue zu etablieren

Innovative abtragende Fertigungsverfahren

Innovative Möglichkeiten zur Fertigung neuer Produkte rücken heute mehr denn je in den Fokus. Dabei ist es unerheblich, ob in Richtung der additiven Verfahren für Kleinserien, in die Werkzeugtechnik für Großserien oder in die Spritzgießtechnik für die Massenfertigung, aber auch in Sonderverfahren, wie das Abtragen von Schichten mittels gepulster Laser oder Ultraschall, geschaut wird.

Das gemeinsame Ziel aller dieser Verfahren ist die kosteneffizientere und schnellere Herstellung von qualitativ hochwertigen Bauteilen für verschiedene Bereiche des täglichen Lebens. Allen Verfahren ist gemein, dass sie verschiedene Produkte hervorbringen, sei es das Endprodukt aus Kunststoff oder Halbzeuge aus Metall und Verbundwerkstoffen, die in weiteren Schritten zum Endprodukt verarbeitet werden.
Aus diesem Grund hat sich die Forschergruppe „Flexible Fertigungstechnologien“, bestehend aus den Professuren Produktentwicklung/Konstruktion, Fertigungstechnik/ Fertigungsautomatisierung, Eingebettete Systeme/Technische Informatik und Fertigungstechnik/ Werkzeugkonstruktion, das Ziel gesetzt, bestehende Fertigungsverfahren zu verbessern und neue zu etablieren.

Im Rahmen der Forschergruppe sollen im Schwerpunktfeld „Innovative abtragende Fertigungsverfahren für 3D Bearbeitungsprozesse" die ultrapräzise und hochdynamische athermische Laserbearbeitung sowie das ultraschallunterstützte Form- und Profilschleifen erforscht werden. Dabei steht jeweils die Betrachtung der gesamten Prozesskette im Vordergrund. Ziel dessen ist es, die Abtragsprozesse wissenschaftlich zu untersuchen und aus dem gewonnenen Wissen und neuen Erkenntnissen einerseits Ansätze für die Verbesserung der Verfahren selbst abzuleiten und andererseits neue Einsatzfelder für die Anwendung der Verfahren zu erschließen.

Prozessbegleitende Qualitätssicherung

Partner: TU Ilmenau, GFE-Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e. V., ifw Jena | Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH

Die prozessbegleitende Qualitätssicherung spielt eine bedeutende Rolle im Maschinenbau, speziell bei den wichtigen Bearbeitungsverfahren der Präzisionszerspanung und der Ultrakurzpuls-Laserbearbeitung. Die Forschergruppe „Prozessbegleitende Qualitätssicherung“ stellt sich die Aufgabe, eine Inline-Messung und Qualitätsbewertung von Bauteiloberflächen mit dem Ergebnis einer schnellen automatisierbaren Qualitätscharakterisierung und –lenkung im geschlossenen Qualitätsregelkreis zu realisieren. Die Kerninhalte im Bereich der Präzisionszerspanung liegen in der Entwicklung einer intelligenten Bildverarbeitungstechnologie, mit dem Ziel, eine Qualitätsbewertung von Oberflächen direkt in der Bearbeitungsmaschine zu realisieren. Auf dem Gebiet der Ultrakurzpuls-Laserbearbeitung wird das Ziel verfolgt, ein wissensbasiertes Parameter- und Prognosemanagement aufzubauen.

Maschinenhersteller wie auch Metall- und Keramikverarbeitende Unternehmen können durch die im Projekt zu entwickelnden Technologien und Strategien signifikant profitieren. So führt die schnelle automatische Inline-Oberflächenbewertung metallischer Bauteiloberflächen durch eine signifikante Steigerung der Güte des Fräsprozesses und des herzustellenden Bauteils zu deutlichen Wettbewerbsvorteilen. Die Verkürzung von Entwicklungszeiten und Prognosen zur Machbarkeit von Bearbeitungsprozessen erlauben ebenfalls einen erheblichen Marktvorsprung für Thüringer Unternehmen.