Projekte im Überblick – Forschung und Entwicklung für die Industrie

Ziel im Projekt CompSTLar ist die digitale Transformation in der Luftfahrtindustrie unter Einsatz einer integrierten physischen und digitalen Infrastuktur für hochleistungsfähige thermoplastische Verbundwerkstoffe. Steigende CO2-Emissionen, die mit dem Anstieg des Luftverkehrs verbunden sind, geben den 15 europäischen Projektpartnern Anlass dazu, die Nachhaltigkeit der europäischen Luftfahrt zu stärken und einen Beitrag zu den EU-Zielen für Klimaneutralität bis 2050 zu leisten.

Im Forschungsprojekt GEPARD entsteht ein KI-basiertes Assistenzsystem, das Montagepläne, CAM-Daten und andere Produktionsdokumente bei Variantenwechseln automatisiert erstellt oder anpasst. Ziel ist es, Fachkräfte zu entlasten, Wissen zu sichern und die industrielle Produktion effizienter und anpassungsfähiger zu machen.

Das Forschungsprojekt »Flexibilisierung von Arbeitszeitmodellen und Personaleinsatzplanung in der Produktion (FlexPEP)« adressiert diese Herausforderungen mit dem Ziel, produzierende Unternehmen widerstandsfähiger und anpassungsfähiger zu machen. Durch die Entwicklung flexibler Arbeitszeitmodelle, optimierter Personaleinsatzplanung und adaptiver Qualifizierung sollen betriebliche Anforderungen und individuelle Bedürfnisse der Mitarbeitenden besser in Einklang gebracht werden.

Die Zuverlässigkeit von KI-basierten Entscheidungen in der Produktion soll im Forschungsprojekt »AIDpro« gewährleistet werden. Dazu wird eine umfassende Lösung zur automatisierten Datenvalidierung und Anomalieerkennung in Prozessdatenströmen entwickelt.

Im Forschungsprojekt ISEGRIM wird ein additives Reparaturverfahren für Wolfram-Komponenten in Fusionsreaktoren entwickelt. Darüber hinaus soll ein Anlagenkonzept entstehen, das in ein Fusionskraftwerk integriert werden kann. Die neue Technologie regeneriert Defektstellen, die durch Materialerosion entstanden sind, verlängert die Lebensdauer der Komponenten und verbessert so die Wirtschaftlichkeit von Fusionsreak-toren.

Im Projekt »DIAMETER« entwickeln wir am Fraunhofer IPT hybride Fertigungssysteme in der Metallverarbeitung, um die Kreislaufwirtschaft zu fördern. Durch die Kombination von additiver Fertigung und Frästechnologie wird eine materialeffiziente Produktion ermöglicht, die den CO₂-Fußabdruck reduziert und lokale Fertigung unterstützt. Dies erhöht die Designflexibilität und fördert die Nachhaltigkeit von Produkten.

Im Forschungsprojekt »MemForm3D« wird ein neuartiges Umformverfahren für perforiertes, komplex 3D-geformtes Dünnglas entwickelt. Die patentierte Kombination aus vakuumunterstützter Prozessführung und einer flexiblen Membran ermöglicht erstmals die wirtschaftliche Herstellung hochpräziser Glasbauteile – ohne aufwendige Nachbearbeitung.

Im Projekt »OTP2« wird eine vollständig geschlossene 3D-Schutzhaube aus ultradünnem Glas mit integrierten optischen Sensoren für Sicherheitsmodule eines Satelitenempfängers entwickelt. Diese Sensorfolien ermöglichen eine fälschungssichere, permanente Versiegelung.

Das Forschungsprojekt »DigiGlas« zielt darauf ab, die Optikfertigung mittels Umformung effizienter zu machen: Mithilfe von KI-Modellen und Simulationen werden die Produktionsprozesse optimiert, die Fertigung wird deutlich ressourcenschonender und wirtschaftlicher.

Das Projekt »RauPE - Robuste automatisierte Produktion therapeutisch einsetzbarer extrazellulärer Vesikel« hat zum Ziel, auf Basis eines Membranrührer-Bioreaktors eine Expansionsplattform für die kostengünstige Produktion von stammzellbasierten Therapien in Nordrhein-Westfalen zu entwickeln.

Das Projekt »FL4AI« zielt darauf ab, den Werkzeugverschleiß in der zerspanenden Industrie automatisiert direkt in der Maschine zu erfassen. Durch ein hochauflösendes Kamerasystem und Künstliche Intelligenz (KI) soll der ideale Zeitpunkt für den Werkzeugwechsel bestimmt werden, um Kosten und Qualitätsmängel zu reduzieren. Dafür wird das KI-Modell dezentral durch Federated Learning trainiert, um die Datenhoheit der Unternehmen zu sichern.

Im Forschungsprojekt »GREEN EPITAXY« entwickelt das Fraunhofer IPT gemeinsam mit seinen Projektpartnern eine innovative Prozesskette zur Herstellung von WBG-Halbleitern. Ein Kernelement ist die Niedertemperaturepitaxie (NTE).

Das Projekt »Cyber Security for Flexible and Interconnected Industry (CSII)« hat das Ziel, Industrieunternehmen – insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) – bei der Einhaltung der NIS2-Richtlinie, der EU-Maschinenverordnung oder dem CRA durch die Entwicklung eines IT/OT-Testlabors am 5G-Industry Campus Europe in Aachen zu unterstützen.

Im Projekt »EffiMaIR« entwickelt das Fraunhofer IPT gemeinsam mit Partnern eine Maschinentechnik, die die Massenproduktion von Präzisionsoptiken deutlich wettbewerbsfähiger macht: Die innovative Technik optimiert die Temperaturführung, erhöht den Automatisierungsgrad und führt ein Verfahren zum externen Feinkühlen der Optiken ein. Die Taktzeit der Produktion wird um 50% verkürzt, die verbesserte Temperaturführung senkt die Ausschussrate und den Nachbearbeitungsaufwand erheblich. Die Schadstoffemissionen werden um 96% und die Kosten um 54% reduziert.

Produktionsqualität und -kontrolle werden in Unternehmen zunehmend durch KI-Systeme unterstützt. Damit die Vorteile von KI auch in stark regulierten Märkten wie der Pharmaindustrie genutzt werden können, hat das Forschungsprojekt »Qua²ntum« zum Ziel, den Einsatz von KI-Systemen zur Qualitätssicherung hier durch ein Qualitätsmanagementsystem zu ermöglichen.

Im Projekt »FL.IN.NRW« entwickeln wir eine Federated-Learning-Plattform, die es Unternehmen ermöglicht, die Vorteile der KI für ihre Qualitätskontrolle in der Zerspanung zu nutzen und gleichzeitig den Datenschutz ihrer sensiblen Produktionsdaten zu gewährleisten.

Das Projekt BIZ4GREEN schafft durch die Nutzung standardisierter Schnittstellen und erprobter Verfahren zur CO2-Bilanzierung die Grundlage für die Übertragbarkeit auf weitere Produkte energieintensiver Industrien. So entsteht eine Blaupause dafür, wie die heimische, energieintensive Produktion durch den Einsatz digitaler Lösungen auch in Zukunft wettbewerbsfähig am Standort Deutschland bleiben kann.

Im Forschungsprojekt »H2-StrukTank« entwickeln Forscherinnen und Forscher einen neuen Tapewickelprozess für lange, dünne Drucktanks. Die spezielle Geometrie des Drucktanks soll in Flugzeugen zum Einsatz kommen und erfüllt eine Doppelfunktion: Neben der Speicherung von Wasserstoff wird der Drucktank als lasttragendes Element im Flugzeugflügel eingesetzt. Um den Herstellungsprozess für die neuen Drucktanks zu erproben, baut das Forscherteam eine Wickelanlage am Fraunhofer IPT auf.

Aerospace-X ist ein BMWK-gefördertes Projekt für die Luftfahrtindustrie mit 14 hochkarätigen Partnern aus Industrie und Forschung. Ziel des Projekts ist es, ein kollaboratives Ökosystem für Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft in der Luft- und Raumfahrt zu schaffen und die Lieferketten durch Digitalisierung und Datensouveränität zukunftssicher zu machen.

Fertigungs-, Mess- und Montageprozesse sind oft unternehmensspezifisch und inkompatibel, was zu hohen Kosten und Zeitverlusten führt. Das Projekt »GeMeniOpt« hat sich zum Ziel gesetzt, diese Herausforderung durch die Standardisierung dieser Prozesse zu lösen.

Die Vernetzung von Geräten im Sinne des Industrial Internet of Things (IIoT) bietet ein enormes Wertschöpfungspotenzial in der Produktion. Gemeinsam mit unseren Partnern entwickeln wir am Fraunhofer IPT einen Blockchain-basierten Daten- und Service-Marktplatz, der historische Produktions-, Qualitäts- und Nutzungsdaten zusammenführt und sie Datenwissenschaftlern und Branchenexperten direkt zur Verfügung stellt. Nutzer können Daten einreichen, Modelle entwickeln und Qualitätsprognosen durchführen, um in Echtzeit Einblicke in ihre Bearbeitungsvorgänge zu erhalten.

Im Forschungsprojekt »LEDA – Lebensdauerverlängerung von Eisenbahnrädern durch drahtbasiertes Auftragschweißen« entwickelt das Fraunhofer IPT gemeinsam mit Projektpartnern eine innovative Prozesskette für die Reparatur von Eisenbahnrädern. Durch den gezielten Einsatz additiver Fertigungstechnologien wird diese Prozesskette ökonomisch und ökologisch deutlich effizienter als die herkömmlichen Methoden.

Ziel des Verbundprojektes »HyAMAPU« ist die Entwicklung einer Prozesskette zur effizienten Herstellung einer »plug and play«-Brennkammer für den Retrofit existierender Auxillary Power Units (APU) zur hundertprozentigen Wasserstoffverbrennung. Zur Fertigung der MMX-Brennkammer wird das additive Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Verfahren verwendet.

Im Forschungsprojekt »VIBRIO« entwickeln die Projektpartner einen vibrationsunterstützten Produktionsprozess für hochfunktionale Composite-Bauteile aus biologischen Materialien. Mit dem vibrationsgestütztem Verfahren lassen sich die Fließ- und Benetzungseigenschaften der Kunststoffschmelze verbessern. Die Produktionsdaten werden in einem digitalen Zwilling erfasst und für die Prozesssteuerung sowie die Qualitätsbeurteilung genutzt.

Die Bewertung von Tumoren während einer Operation ist komplex, teuer und zeitaufwändig. Ziel des Projekts »Künstliche Intelligenz in der medizinischen Bildgebung (KI4Med)« ist es daher, auf Basis der optischen Kohärenztomographie (OCT) ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Dauer einer Gewebeentnahme durch Automatisierung der Bildanalyse auf wenige Sekunden reduziert werden kann.

Im Forschungsprojekt »TherMono« entwickeln das Fraunhofer IPT und seine Projektpartner Sandwichmaterialien, die recyclingfähig sind und ressourcenschonend produziert werden können. Die zwei Anwendungsszenarien, die dem Projekt zugrunde liegen, sind der Möbelbau für Inneneinrichtungen und der Wandaufbau von Transportfahrzeugen.

Im Forschungsprojekt HoliCPV« entwickeln die Projektpartner eine vernetzte Toolchain für Druckbehälter aus thermoplastischem faserverstärktem Kunststoff. Die Toolchain ist eine Software, die als Entwicklungswerkzeug alle beteiligten Prozessschritte – von der Bauteilauslegung, über die Bahnplanung und die FE-Analyse bis zur Prozessauswertung und -dokumentation – miteinander verknüpft. Auf dieser Grundlage lässt sich eine optimierte Wickelstrategie für thermoplastische Drucktanks ableiten.

Der Vorteil thermisch unterstützter Bearbeitungsverfahren liegt in der besseren Formbarkeit des Stahlbauteils. Kommt es zu einer Überwärmung des Werkzeugs, auch Aktivteil genannt, können daraus Materialanhaftung und Wärmeausdehnung resultieren, die zu einem Qualitätsverlust am Bauteil führen. Im Forschungsprojekt »AGAH« entwickelt ein Forscherteam Folgeverbundwerkzeuge mit integrierten Kühlkanälen, die mit einem additiven Verfahren hergestellt werden.

Im Forschungsprojekt »FINTOOP« entwickelt das Projektkonsortium ein Schnellwechselwerkzeug für optische Spritzgießprozesse. Der Formeinsatz des Werkzeugs kann bei diesem Werkzeug getauscht werden während das Werkzeug auf der Maschine verbleibt. Damit kann die Entwicklungszeit von Optiken stark reduziert werden. Bislang existieren kaum Wechselkonzepte für optische Bauteile, weil diese sehr hohe Genauigkeiten erfordern.

Im Forschungsprojekt »XS2XL« entwerfen die Forschenden eine neue Prozesskette zur Herstellung von Mikrostrukturen und bereiten diese für die industrielle Produktion vor. Ziel ist es, die großflächige Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen so kostengünstig zu gestalten, dass auch kleine und mittlere Unternehmen sie einsetzen können.