Forschung WGP-Jahreskongress öffnet Fenster zur Produktion von morgen

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Auf dem WGP-Jahreskongress stellten 75 junge Talente ihre Forschungsergebnisse zu den Themen Effizienz in der Produktion, Zirkularität, Digitalisierung/KI und Automatisierung zusammen.

Der 14. WGP-Jahreskongress fand vom 2. bis 4. Dezember 2024 unter dem Motto «Produktion in der Transformation – Transformation in der Produktion» statt. An der TU Chemnitz und dem Fraunhofer IWU in Dresden stellten 75 junge Talente ihre Forschungsergebnisse zu den Themen Effizienz in der Produktion, Zirkularität, Digitalisierung/KI und Automatisierung zusammen. «Der diesjährige Kongress hat gezeigt, dass das Thema Nachhaltigkeit in unterschiedlichen Formen von der Forschung aufgegriffen wurde und mit viel Energie vorangetrieben wird», freut sich der WGP-Präsident Prof. Michael Zäh.

In drei parallelen Sessions stellten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf dem WGP-Jahreskongress ein breites Spektrum der WGP-Forschungsarbeiten vor, von technologischen Neuerungen der Prozessketten für Zerspan- und Umformprozesse bis hin zu innovativen Ansätzen aus dem Management wie Fabrikplanung oder Produktionsorganisation. Viele der Vorträge beschäftigten sich zudem mit fachübergreifenden Querschnittsthemen wie Energieeffizienz, Robotik, Regelungstechnik, Automatisierung, Werkstofftechnik, menschzentrierte Produktion und additive Fertigung.

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Werkzeuge: Präzise Spanformgeometrien für die Metallbearbeitung

Additive Fertigung wirtschaftlicher machen

Zum letztgenannten hochaktuellen Thema gewann Helena Wexel vom wbk Karlsruhe mit ihrer Präsentation «Influence of particle size distribution in High-Speed Directed Energy Deposition» den erstmals von den Organisatoren ausgelobten Best Presentation Award. Die WGP-Wissenschaftlerin widmete sich der pulverbasierten Hochgeschwindigkeits-Energieabscheidung mit einem Laserstrahl (HS DED-LB), einer neuen Variante der gerichteten Energieabscheidung (DED-LB). Durch die Verlagerung des Pulverfokus über das Substrat wird das hinzugefügte Pulver vor der Abscheidung geschmolzen, was Bearbeitungsgeschwindigkeiten von bis zu 200 Metern pro Minute ermöglicht. Moderne HS-DED-LB-Systeme verfügen über 5-Achs-Fähigkeiten, sodass das Material auch auf unregelmäßige Geometrien aufgetragen werden kann. Aus diesem Grund eignet sich das Verfahren besonders für die Nachbearbeitung und bietet großes Potenzial für die Industrie. Die Steigerung der Material- und Energieeffizienz in der gesamten Prozesskette ist für die Verbesserung der Prozesseffizienz jedoch unerlässlich. Indem man auch gröbere Partikelgrößenverteilungen für HS DED-LB möglich macht, kann die Wirtschaftlichkeit erhöht und die Rekonditionierungsverluste reduziert werden. Wexel zeigte hierfür die Wechselwirkung zwischen Pulver-Gas-Strömung, Prozessparametern und der resultierenden Schweißbahn auf.

WGP-Jahreskongress: Effizienz auch in diesem Jahr ein wichtiges Thema

Auch in diesem Jahr widmeten sich viele der Präsentationen Ansätzen, die mittels datengetriebener Methoden wie Maschinellem Lernen bzw. künstlicher Intelligenz die Effizienz in der Produktion verbessern. Daniel Schneider vom iwb München beispielsweise zeigte seinem Vortrag «Data-Driven Demonstrator for Sustainable Production Through Remanufacturing», wie man den Übergang zur Kreislaufwirtschaft erleichtern kann. Dazu stellte er einen datengesteuerten Demonstrator vor, der die Vorteile der Wiederaufbereitung im Rahmen der industriellen Kreislaufwirtschaft vermittelt. Unter Verwendung eines skalierbaren Simulationsmodells bewertet er Nachhaltigkeitsindikatoren in den Bereichen Wirtschaft, Ökologie und Soziales und bietet ein umfassendes Werkzeug für Entscheidungsträger in der Fertigung. Die Integration von dynamischen Visualisierungen durch ein Tableau-Dashboard ermöglicht es, die Auswirkungen und Nutzen zirkulärer Produktionsprozesse interaktiv zu erkunden und mit traditionellen linearen Modellen zu vergleichen. Zukünftige Forschungsarbeiten, so Schneider, sollte sich darauf konzentrieren, die Anwendbarkeit des Demonstrators zu erweitern und die Datenintegration in Echtzeit zu verbessern.

Neues zur Prozess- und Maschinenüberwachung

Aber auch die Verwendung von Messergebnissen zur Verbesserung von Simulationen und Regelalgorithmen wurde auf dem WGP-Jahreskongress oft thematisiert, so zum Beispiel von Chris Schöberlein vom IWP Chemnitz in der Präsentation «Drive-based identification of transfer function between external load and motor torque on electromechanical axes». Er zeigte eine neuartige Methode zur Nutzung der Potentiale antriebsinterner Signale von elektromechanischen Achsen für eine übergeordneten Prozess- und Maschinenüberwachung. Neben der Fehlerdiagnose der mechanischen und elektrischen Teilsysteme können diese Signale zur Abschätzung zeitvarianter externer Lasten genutzt werden. Eine wesentliche Voraussetzung dafür ist die Bestimmung der Übertragungsfunktion zwischen Lastmoment und Servomotor. Fast allen bisher verfügbaren Methoden ist gemeinsam, dass die benötigten Modelle entweder über externe Mess- und Anregungsquellen ermittelt werden oder in ihrer Genauigkeit begrenzt sind. Schöberlein stellte einen alternativen Ansatz vor, bei dem die benötigte Systemanregung durch den Servomotor selbst bereitgestellt wird und ausschließlich verfügbare Signale des Antriebssystems verwendet werden. Seine experimentellen Ergebnisse an einem einachsigen Prüfstand belegen, dass die Methode funktioniert.

Die lebhaften Diskussionen unter den rund 100 Teilnehmenden auf dem WGP-Jahreskongress haben gezeigt, dass Transformationen nur durch die Realisierung von beidem – den technischen Detailverbesserungen der Produktionstechnologien und der optimierten Produktionsorganisation – gelingen kann. Der im kommenden Jahr erscheinende Tagungsband wird die Beiträge, die alle zweistufig peer-reviewt wurden, thematisch sortiert zusammenfassen.