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Qualitätssicherung Fraunhofer IMWS nutzt künstliche Intelligenz für die Leichtbau-Forschung

| Redakteur: Jürgen Schreier

Das Fraunhofer IMWS in Halle setzt in der Leichtbau-Forschung (thermoplastbasierte Sandwich-Bauteile) auf künstliche Intelligenz und nutzt dabei die Lösung Detact von Symate. Mit ihr lassen sich in der Prozesskontrolle selbst kleinste Abweichungen schnell erkennen.

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Organosandwichs bieten herausragende Möglichkeiten, denn sie sind extrem leicht und stabil. Sie lassen sich mittlerweile schnell und günstig in Großserie produzieren.
Organosandwichs bieten herausragende Möglichkeiten, denn sie sind extrem leicht und stabil. Sie lassen sich mittlerweile schnell und günstig in Großserie produzieren.
(Bild: Fraunhofer IMWS)

Die Symate GmbH, Spezialist für die Optimierung von Fertigungsprozessen mit den KI-Methoden, unterstützt zukünftig das Fraunhofer IMWS. Das Institut beschäftigt sich unter anderem mit der Großserienproduktion von Thermoplast-basierten Sandwich-Bauteilen aus sogenannten Organosandwich-Halbzeugen (OSW). Diese Organosandwichs bieten herausragende Möglichkeiten für den Leichtbau und lassen sich mittlerweile schnell und günstig in Großserie produzieren.

Geringen Abweichungen der Bauteilqualität im Serienbetrieb gegensteuern

Um dabei eine Qualitätskontrolle direkt im Verarbeitungsprozess möglich zu machen, nutzt ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS jetzt Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) und setzt hierfür auf das KI-System Detact der Dresdner Symate GmbH. Mit dem Einsatz dieses KI-Systems in der Prozesskontrolle lassen sich selbst kleinste Abweichungen schnell erkennen und korrigieren.

Zur lückenlosen Überwachung der sensiblen Verarbeitungsprozesse und Materialeigenschaften mit Detact erläutert Thomas Gläßer, Projektleiter am Fraunhofer IMWS: „Eine Inline-Qualitätssicherung von in Großserien hergestellten Sandwichbauteilen ist sehr anspruchsvoll, denn die spezielle Anlagentechnik erfordert das Erfassen und Auswerten von großen Datenmengen aus unterschiedlichsten Ausgabegeräten in einem eng definierten Zeitfenster. Durch den Einsatz von KI wird es möglich, bereits bei geringen Abweichungen der Bauteilqualität im Serienbetrieb gegen zu steuern. Daher wird das Fraunhofer-Team die Detact-Software nutzen, um alle Variablen, die für Schwankungen im Prozess verantwortlich sein können, permanent zu beobachten und genau zu analysieren.“

Sandwichbauteile sind leicht und hochfest

Polymerbasierte Sandwichbauteile mit leichtem, strukturiertem Kernmaterial (z.B. Wabenkern) und endlosfaserverstärkten Deckschichten überzeugen durch höchste gewichtsspezifische Steifigkeiten und Festigkeiten. Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften kommen diese Strukturen bei zahlreichen Leichtbauanwendungen zum Einsatz – zum Beispiel im Flugzeug- und Yachtbau oder bei hochpreisigem Sport-Equipment.

Die bisher zeitaufwändigen und teuren Herstellungsprozesse für die Sandwichtechnologie hat das Fraunhofer IMWS gemeinsam mit Partnern in den vergangenen Jahren immer weiter optimiert, um sie auch für Massenmärkte verfügbar zu machen. Mittlerweile ist die Verarbeitung kontinuierlich hergestellter, thermoplastischer Sandwichhalbzeuge mit endlosfaserverstärkten Deckschichten und integriertem Wabenkern, sogenannter Organosandwichs (OSW), im Minutentakt und vollautomatisiert möglich. Somit ist die Technologie auch für die Großserienfertigung geeignet.

Parallel zur Verbesserung der Fertigung arbeitet das Fraunhofer IMWS an neuen Methoden für die entsprechende Qualitätssicherung. Beim Einsatz hochbelastbarer Bauteile in sicherheitsrelevanten Bereichen ist diese von signifikanter Bedeutung. Idealerweise erfolgt für jedes Bauteil eine Kontrolle beispielsweise der Faserorientierung, Bauteilgeometrie oder möglicher Einflüsse auf den Wabenkern beim Thermoformen.

Temperaturverteilung beeinflusst die Geometrie der Sandwichstruktur

Die Forschungsarbeiten der Fraunhofer-Fachleute haben gezeigt, dass etwa die Temperaturverteilung über das Sandwich-Halbzeug einen maßgeblichen Einfluss auf das Thermoformverhalten und somit auf die Geometrie sowie die mechanischen Eigenschaften der späteren Sandwichstruktur hat. Hinzu kommen Veränderungen der Anlagenkomponenten bei längerer Betriebsdauer, wie beispielweise der Infrarotstrahler, die ebenfalls die Herstellungsbedingungen und somit die Reproduzierbarkeit bei der Serienproduktion beeinflussen.

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