Band 117, Heft 7-8

Aufgrund zahlreicher Herausforderungen für produzierende Unternehmen durch sich ständig ändernde Anforderungen und neue technologische Entwicklungen fehlt ein visionäres Bild für die Fabrik der Zukunft. Die Unkenntnis über zukünftig relevante Produktionstrends und Technologien erschwert die erfolgreiche Entwicklung eines zukunftsorientierten Produktionssystems. Um die Planung zukünftiger Produktionssysteme und Fabriken zu verbessern, haben die Autoren eine Befragung durchgeführt, an der 194 führende Unternehmen aus verschiedenen Branchen teilgenommen haben. Anhand von fünf Schlüsseldimensionen konnten relevante Zukunftstrends für die Fabrik der Zukunft identifiziert werden.

Die Methodenentwicklung zum Umgang mit Veränderungen ist eines der wesentlichen Forschungsfelder der Fabrikplanung. Fehlende Klarheit im Begriffskanon der Veränderungsfähigkeit erschwert die Entwicklung von stringenten Gestaltungsansätzen für Fabriksysteme. Um dies zu verbessern, teilt der Beitrag Veränderungen hinsichtlich des Nachfrageverlaufs in drei Kategorien ein. Jeder Kategorie ist eine Klasse der Veränderungsfähigkeit mit der resultierenden Fabrikeigenschaft zugeordnet. Für die Fabrikplanung ergeben sich daraus je Klasse vier ‚Befähiger‘, die sich zudem in einem Lösungsprinzip zusammenfassen lassen.

Eine Kombination der draht- und lichtbogenbasierten Additiven Fertigung (engl: Wire and Arc Additive Manufacturing, WAAM) und der selektiven Zementleim-Intrusion (engl: Selective Cement Paste Intrusion, SPI) bietet die Möglichkeit zur Additiven Fertigung von bewehrten Betonbauteilen. Im Forschungsprojekt Additive Manufacturing in Construction (AMC) werden die beiden additiven Prozesse unter Berücksichtigung von geometrischen und thermischen Restriktionen in einem hybriden Fertigungsprozess gekoppelt.

Kann das Prozessgas bei der Optimierung des PBF-LB/M-Prozesses (z. B. Schichtstärke, Belichtungsgeschwindigkeit oder Prozessierbarkeit neuer Materialen) eine Schlüsselrolle einnehmen? Dieser Beitrag liefert einen Einblick über den aktuellen Forschungsstand der Linde GmbH in Bezug auf heliumhaltige Prozessgase und Vorstellung des neuartigen Prozessgases ADDvance ® Laser230. Aufgrund seiner Zusammensetzung ermöglicht das Gasgemisch, die Prozessproduktivität und -stabiliät entscheidend zu verbessern.

Das Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (HLA) stellt einen innovativen Ansatz zur additiven Fertigung metallischer Werkstoffe dar. Durch deutlich erhöhte Auftragsraten im Vergleich zu herkömmlichen additiven Verfahren, wie etwa dem Pulverbettverfahren, wird die Produktivität gesteigert und somit ein wirtschaftlicher Einsatz der additiven Fertigung realisiert. Aufgrund des derzeit niedrigen Technologie-Reifegrads des HLA-Verfahrens gibt es jedoch noch wenig erprobte Werkstoffe. Der Edelstahl 17-4 PH stellt aufgrund seiner Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, mechanischer Festigkeit und Härte einen industriell verbreiteten Werkstoff dar, für den in dieser Studie geeignete Parameter in Bezug auf das HLA-Verfahren ermittelt wurden.

In diesem Beitrag werden die Herausforderungen und Lösungen zur kosteneffizienten additiven Herstellung von keramischen Mikrostrukturen dargestellt. Indem bereits während des Design-Prozesses die Gestalt an die fertigungsspezifischen Anforderungen angepasst wird, kann ein Bauteil mit hohen Qualitätsanforderungen ohne notwendige nachfolgende Bearbeitungsverfahren wie Schleifen additiv hergestellt werden. Durch den Einsatz der badbasierten Photopolymerisation können so Maschinen- und Werkzeugkosten vermieden und der Vorteil der geometrischen Flexibilität ausgenutzt werden.

Durch den Fortschritt beim selektiven Laserschmelzen (SLM-Verfahren) ist es möglich, Hilfsmassendämpfer in die Struktur einer Werkzeugmaschine zu integrieren. Die Eigenfrequenz des mit dem SLMVerfahren hergestellten Dämpfers muss hierfür einstellbar sein. Dies wurde allerdings noch nicht ausreichend erforscht. In diesem Beitrag werden Dämpfer ausgelegt und ihre ersten Eigenfrequenzen gemessen. Auf Basis der Messergebnisse wird ein Simulationsmodell des neu ausgelegten Dämpfers entwickelt. Mit diesem Simulationsmodell ist die Einstellung der ersten Eigenfrequenz in der Auslegungsphase ohne physikalischen Prototyp möglich.

Hybridstrukturen aus Metallen und Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) bieten vielseitige Vorteile, da in ihnen die Eigenschaften zweier grundlegend verschiedener Werkstoffarten vereint sind. Durch ein gezieltes Ausnutzen des unterschiedlichen Materialverhaltens während der Umformung werden Metallblechstrukturen und FKV-Schlaufen nicht nur miteinander gefügt, sondern auch in einen vorgespannten Zustand gebracht. Dieser führt zu deutlichen Festigkeits- und Steifigkeitssteigerungen bei geringem Mehrgewicht. Anhand eines anwendungsnahen Profils wird das Potenzial dieser Technologie validiert.

Beim Mikrofräsen werden vielfach Mikroschaftfräser aus Ultrafeinstkornhartmetall eingesetzt. Technische Keramiken kommen mit ihren mechanischen und thermischen Eigenschaften als alternatives Werkzeugsubstrat in Frage, finden bisher jedoch noch nicht für Mikrofräser Anwendung. In diesem Beitrag wurden zur Erforschung der Einsatztauglichkeit und möglicher Vorteile vollkeramischer Mikrofräser Werkzeuge aus vier verschiedenen Keramiksubstraten durch Schleifen hergestellt und Mikrofräsversuche in Messing sowie Reintitan durchgeführt. Dabei wiesen die Mikrofräser aus Zirkonoxid (Y-TZP) die schärfsten Schneiden auf und erreichten die besten Ergebnisse in den Mikrofräsversuchen.

Während des Flachbackenwalzens laufen zwei Werkzeugplatten aneinander vorbei und formen das darin eingeschlossene zylindrische Halbzeug um. Im Rahmen des Forschungsprojekts Unrundwalzen wird das Walzen von mehreren, lokal unrunden Geometrien wie Exzentern untersucht. Unter Zuhilfenahme der statistischen Versuchsplanung ist eine simulative Parameteruntersuchung erfolgt, Haupteinflussgrößen wurden erkannt und Prozessfenster identifiziert.

Kühlschmierstoffe werden beim Schleifen zur Minimierung der hitzebedingten Probleme wie Oberflächenrisse und Schleifbrand eingesetzt. Allerdings entstehen dadurch erhebliche Kosten. Eine Alternative ist die kryogene Prozesskühlung. 3D-FEM-Wärmeübergangssimulationen bieten die Möglichkeit der zeitlichen und örtlichen Abbildung der Temperaturentwicklung im Werkstück und bilden somit die Grundlage zur Beurteilung der Eignung kryogener Kühlstrategien. Die Validierung dieser sowie benötigte Randbedingungen werden hier für das Trockenflachschleifen vorgestellt.

Maßnahmen zur Kreislaufführung auf Unternehmensebene werden immer relevanter. Die Wiederverwertung von Roh,- Hilfs- und Betriebsstoffen im Prozess, die Aufarbeitung und Rückführung von gebrauchten Produkten und Bauteilen oder Unternehmenskooperationen können den Materialeinsatz minimieren. Das senkt die Kosten, stärkt die Wettbewerbsposition von Unternehmen und verringert die Abhängigkeit von Importen, insbesondere von kritischen Rohstoffen.

Moderne Bearbeitungsmaschinen besitzen zahlreiche Sensoren, anhand derer Kennwerte zur Produktivitätsbewertung ermittelt werden können. Abhängig von Hersteller und Anlagentyp variieren jedoch Art und Umfang der vorhandenen Daten. Der vorliegende Beitrag stellt ein nicht-invasives System vor, das diese Heterogenität umgeht. Sowohl der Maschinenstatus als auch durchgeführte Prozesse lassen sich erkennen. Mittels einer Segmentierung der Signale und einer Extraktion charakteristischer Merkmale erfolgt eine Prozesserkennung. In einem nachfolgenden Schritt soll dies die Ermittlung von Produktivitätskennwerten ermöglichen.

Mit zunehmender Verbreitung der epidemischen Situation im Zuge der Covid-19-Pandemie begannen die wirtschaftlichen Auswirkungen auf verschiedenste Industriezweige stetig anzuwachsen. Ein besonders von dieser Problematik betroffener Bereich ist die Automobilindustrie, die im Wesentlichen wegen der Vielzahl an elektrischen und mechanischen Bauteilen auf eine reibungslose Lieferkette angewiesen ist. Eines dieser Bauteile sind sogenannte Halbleiter. Dieser Beitrag verdeutlicht im Rahmen des Risiko- und Krisenmanagements die Analyse der Halbleiterknappheit in der Automobilindustrie und leitet daraus Handlungsempfehlungen ab. Neben der Darstellung der Ursachen beschäftigt sich der Beitrag vor allem mit der Frage, wie Lösungsstrategien zur Verhinderung einer globalen Halbleiterknappheit in Zukunft aussehen können. Die für diese Betrachtung zentrale Frage lautet: Hätte die aktuelle Situation durch ein effektiveres Risiko- und Krisenmanagement verhindert werden können?

Die Innovationsfähigkeit von Unternehmen bestimmt deren Wettbewerbsfähigkeit und wirtschaftlichen Erfolg. Dies trifft insbesondere auf innerbetriebliche logistische Prozesse zu, die einen direkten Einfluss auf Durchlaufzeiten und Kundenzufriedenheit haben. Innovationen im Rahmen einer „Logistik 4.0“ versprechen Prozessverbesserungen durch Automatisierung und durch die technische Unterstützung des Menschen bei manuellen Tätigkeiten. Eine dieser vielversprechenden Technologien sind unbemannte Luftfahrzeuge (Drohnen). Der vorliegende Beitrag konsolidiert den Stand der Forschung zu flugfähigen Drohnen in der Intralogistik und untersucht Potenziale und Barrieren. Es zeigt sich, dass grundlegende Veränderungen der Intralogistik durch Drohnen bislang ausgeblieben sind. Drohnen weisen aber vielfältige Potenziale auf, insbesondere in der Automatisierung spezifischer intralogistischer Prozesse, vor allem hinsichtlich der innerbetrieblichen Lieferung und der Inventur, aber auch der Inspektion von Fertigungsanlagen.

Das volatile Unternehmensumfeld mit schwankenden Absatz- und Produktivitätszahlen und gleichzeitig der Konkurrenzkampf um Fachkräfte sowie dem Bedarf, wertvolles Erfahrungswissen zu sichern, stellt Unternehmen vor die Herausforderung, neue Konzepte der flexibleren Produktionsplanung und -steuerung, basierend auf individuellen physischen sowie kognitiven Parametern und persönlichen Präferenzen der Mitarbeitenden einsetzen zu müssen. Der digitale Zwilling des Menschen wird hierbei eine essenzielle Rolle spielen, um Wissen zu sichern und bereitzustellen.

Auf Basis von Real-Time Location Systemen (RTLS) können in Echtzeit Produktionsdaten digitalisiert, analysiert und dargestellt werden. Diese Daten und Informationen können dann im Rahmen von Lean Management Methoden verwendet werden, um Optimierungspotenziale von Produktionsprozessen aufzudecken und zu realisieren. Dieser Beitrag zeigt den Einsatz von RTLS mit einer Microsoft Excel-basierten Anwendung zur Prozessoptimierung in einem manuellen Produktionsumfeld und die damit verbundenen Vorteile.