Hoe kunnen massaproductiemethoden worden toegepast op geïndividualiseerde producten? Een antwoord is het gebruik van een combinatie van digitale productietechnologieën, bijvoorbeeld door digitaal printen en laserverwerking te integreren in traditionele productieprocessen. Dit maakt de weg vrij voor in-line productaanpassing. Zes Fraunhofer-instituten hebben hun expertise gebundeld om het nieuwe proces naar een hoger niveau te tillen.

De term massaproductie suggereert over het algemeen dat grote aantallen identieke producten van een lopende band rollen. Echter, de laatste trends vragen om geïndividualiseerde producten. De auto-industrie is een voorbeeld van deze trend:Volkswagen, bijvoorbeeld, produceert slechts één of twee identieke Golf-modellen per jaar. Maar deze drang naar individualisering drijft ook massaproductietechnieken tot het uiterste. Het Fraunhofer Lighthouse Project Go Beyond 4.0 wil deze uitdaging aangaan door de massaproductie van geïndividualiseerde producten mogelijk te maken. Het is een samenwerking tussen vier verschillende Fraunhofer Groups en zes Fraunhofer Institutes:het Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems ENAS, het Fraunhofer Instituut voor fabricagetechnologie en geavanceerde materialen IFAM, het Fraunhofer Instituut voor Lasertechnologie ILT, het Fraunhofer Instituut voor Toegepaste Optica en Precisietechniek IOF, het Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC en het Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU. Het project wordt beheerd door Fraunhofer ENAS in Chemnitz.

"Direct, individualisering in de auto-industrie betekent in feite het voorbereiden van elk voertuig op elke mogelijke versie en vervolgens het toevoegen van de specifieke functies die elke klant heeft besteld aan het einde van de lijn. Dit betekent, bijvoorbeeld, dat elke auto voorzien moet worden van de volledige kabelboom, " zegt projectmanager prof.dr. Thomas Otto. prof.dr. Reinhard Baumann, die bij Fraunhofer ENAS werkt en verantwoordelijk is voor de coördinatie van het Lighthouse Project, legt het nieuwe concept uit:"Door traditionele productiemethoden te combineren met opkomende digitale technologieën en productieprocessen, we hebben een manier gevonden om productindividualisering te integreren in massaproductieomgevingen. We hebben vanaf het begin de nadruk gelegd op product- en productiebetrouwbaarheid, maar we hebben nog een lange weg te gaan."

Afdrukken op twee- en driedimensionale componentoppervlakken van elke vorm

Het basisconcept is eenvoudig:net als een inkjetprinter op kantoor, de onderzoekers gebruiken inkjet- en doseertechnologieën om geometrische patronen te printen. Maar in plaats van gekleurde inkten te gebruiken, met andere woorden, inkten die de functionaliteit van "kleur" hebben—ze gebruiken inkten met functies zoals elektrische geleidbaarheid, halfgeleidbaarheid en isolatie. Deze technologie kan worden gebruikt om zowel enkellaagse als meerlaagse systemen te creëren. Zelfs sensoren en transistoren zijn mogelijk. "En ik kan dit alles niet alleen op gladde, vlakke oppervlakken zoals een vel papier, maar ook met behulp van robots, op driedimensionaal gebogen werkstukken zoals diepgetrokken autodeuren, ", zegt Baumann. De tweede digitale productietechnologie die in het spel komt, is de laser. Onderzoekers van de zes Fraunhofer-instituten hebben de twee methoden gecombineerd. Als resultaat hebben de laserstraal volgt exact de lijn die de printer neemt, het toestaan, bijvoorbeeld, om eerder bedrukte fotopolymeren of inkten met gesinterde nanodeeltjes uit te harden. Op de werkvloer worden al tal van robots ingezet voor montagedoeleinden, toch is de nieuwe methode heel anders. "We hebben grote verbeteringen bereikt in de ruimtelijke resolutie van het printen met lijnbreedtes tot ongeveer 50 micrometer, ’ zegt Baumann.

Van automotive en luchtvaart tot optica

Om de universele toepasbaarheid van hun aanpak aan te tonen, de Fraunhofer-wetenschappers hebben al drie demonstraties voltooid voor de belangrijkste toekomstige markten van autotechniek, luchtvaart en optica. Het gebruik van digitale productietechnologieën opent de deur naar het produceren van kleine batches van geïndividualiseerde massaproducten. auto's, bijvoorbeeld, bevatten doorgaans tot acht kilometer koperen bedrading, met een gewicht van ongeveer 160 kilogram. Experts kunnen digitaal printen gebruiken om signaaldragende geleiderpaden af ​​te drukken op lichaamsdelen zoals deuren, waardoor een deel van de zware koperdraden werd vervangen door gedrukte geleidersporen. Dit maakt voertuigen lichter en vermindert het brandstofverbruik.

Bij vliegtuigen, het team van onderzoekers richt zich op sensoren die nu vastgelijmd of geschroefd worden. "We nemen het soort beproefde vezelcomposietmateriaaltechnologieën die worden gebruikt in lichtgewicht constructies en nemen vervolgens digitale productieprocessen op, " zegt Baumann. Met behulp van deze methode, de onderzoekers printen zowel individuele geleiderpaden als complete sensorsystemen digitaal op glasvezel- of carbonmatten. Vervolgens worden ze geïmpregneerd met een kunsthars die ze direct in het lichtgewicht onderdeel integreert. In een eerste stap, de wetenschappers zijn erin geslaagd deze methode te gebruiken om temperatuur, capacitieve en impactsensoren in de vleugelelementen van een commercieel vliegtuig, evenals UHF-antennes en LED's.

Optische componenten zoals koplamplenzen voor auto's zijn over het algemeen gemaakt van gepolijst glas of kunststof. De nieuwe technologieën die zijn ontwikkeld in het Go Beyond 4.0 Lighthouse Project bieden de mogelijkheid om vrijgevormde optica te vervaardigen die de eigenschappen van drie lenzen in een enkel element combineert in plaats van alleen de eigenschappen van een enkele lens. Deze vrije-vormoptieken kunnen ook lichtemitterende diodes bevatten, en dus signaalfuncties. "Dit stelt ons in staat om complexe optische elementen te produceren die voorheen ondenkbaar waren, ", zegt Baumann. De primaire focus ligt op potentiële nieuwe toepassingen. Vrije-vormoptiek zou door het voertuig gegenereerde informatie op de weg kunnen projecteren zonder dat er een scherm nodig is, bijvoorbeeld door een stopbord te projecteren voordat het echte stopbord zichtbaar is. voertuig kan de vereiste informatie van internet of uit de netwerkomgeving halen.

Een van de grootste voordelen van de technologie is dat het kan worden gebruikt om werkstukken "in-line" in de productieomgeving te verwerken. In plaats van het huidige systeem om producten uit de productielijn te halen voor individualisering en ze daarna terug te voeren, kunnen ze gewoon van begin tot eind in de productielijn blijven. Op laboratoriumschaal is dit al mogelijk, en de onderzoeksteams proberen nu de cyclustijden van echte productielijnen te bereiken. Tegelijkertijd, ze blijven de technologieën zelf optimaliseren en verbeteren hoe ze in combinatie werken. "Dit Lighthouse-project heeft een buitengewoon krachtig team van mensen samengebracht die echt weten hoe ze efficiënt moeten samenwerken, ", zegt Baumann. "De resultaten die we tot nu toe hebben bereikt, stellen ons in staat om andere markten aan te spreken en samen aan de slag te gaan, "zegt Otto.