Futur 2/2015 by Fraunhofer IPK

Mitteilungen aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin

FUTUR

Vision Innovation Realisierung

Mikroproduktionstechnik

Den Prozess im Griff Nachhaltige Kunststoffe

Mikrofr채sen im Formenbau

Produkte aus bioabbaubaren Polymeren

Inhalt Impressum FUTUR 2/2015 17. Jahrgang ISSN 1438-1125

Herausgeber Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Mitherausgeber Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem Prof. Dr.-Ing. Erwin Keeve Prof. Dr.-Ing. Holger Kohl Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger Prof. Dr.-Ing. Michael Rethmeier Prof. Dr.-Ing. Günther Seliger Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark

Fraunhofer -Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der TU Berlin Chefredaktion Steffen Pospischil Redaktion Ruth Asan Claudia Engel Satz und Layout Ismaël Sanou Kontakt Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK Institutsleitung Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Pascalstraße 8 – 9 10587 Berlin Telefon +49 30 39006-140 Fax +49 30 39006-392 info@ipk.fraunhofer.de http://www.ipk.fraunhofer.de

Beugungsoptik bringt Farbe ins BMBF

Den Prozess im Griff – Mikrofräsen im Formenbau

Spezialwerkzeuge für die Mikrozerspanung

Präzise Formeinsätze für die Zahnmedizin

Automatisierung in der Mikroproduktion

Mikromesstechnik für höchste Ansprüche

Nachhaltige Kunststoffe – Produkte aus bioabbaubaren Polymeren

Mikroproduktion meets Biotechnologie

Interview: Mario Cuba, Cuba Kunststoffverarbeitung

Partnerunternehmen: Scholz – Hightech in Kunststoff

Laborporträt: Bio-Produktionslabor

Ereignisse und Termine

PTZ im Überblick

Herstellung Ruksaldruck GmbH + Co. KG Fotos BMBF/Hans-Joachim Rickel: 5 unten rechts Femtec/Jacek Ruta: 24 oben Fraunhofer IPK/Mitchel Polte: 25 unten Fraunhofer IPK/Steffen Pospischil: 27 unten Fraunhofer IPK/Angela Salvo González: 12, 26 Fraunhofer IPK/Xenia Udalova: 29 oben Tobias Herbst: 24 unten Matrix GmbH: 15 rechts Scholz GmbH: 22 SFB 1026: 28 TU Berlin/Stefan Kühne: 4, 5 oben links

FUTUR 2/2015

Editorial Liebe Leserinnen, liebe Leser,

optimale Bedingungen für feinste Bearbeitungstechnologien und perfekte Voraussetzungen für Spitzenleistungen in Forschung und Entwicklung – das bieten wir unseren Kunden und Partnern in unserem Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik (AMP). In dem hochmodernen Laborgebäude, das speziell auf die besonderen Bedürfnisse von Hoch- und Ultrapräzisionstechnologien

Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

abgestimmt ist, arbeiten Wissenschaftler des Fraunhofer IPK und des IWF der TU Berlin

paration als auch die messtechnische Erfas-

gemeinsam an der Entwicklung von Mikro-

sung ermöglicht. Zu unseren Kernkompeten-

komponenten und mikrostrukturierten Bau-

zen in der Mikromesstechnik gehören vor

teilen, der Optimierung von Prozessketten für

allem hochauflösende optische und taktile

die Serien- und Massenfertigung sowie an

Messverfahren, die industrielle Computer-

dem Test komplexer Mikrosysteme. In unserer

tomographie zur zerstörungsfreien Prüfung

neuen FUTUR-Ausgabe stellen wir Ihnen ihre

von Bauteilen sowie die Lichtmikroskopie im

aktuellen FuE-Projekte und -Ergebnisse vor.

Bereich der Biotechnologie, Medizintechnik und Materialanalyse.

Durch die zunehmende Miniaturisierung von Produkten, Baugruppen oder einzelner Funk-

Mit biotechnologischen Fragestellungen, die

tionsflächen steigt das Marktpotenzial für die

eine produktionstechnische Lösung benö-

spanende Hochpräzisionsbearbeitung rasant.

tigen, beschäftigt sich die Arbeitsgruppe

Das Mikrofräsen ist deshalb eines der Ver-

»Produktionstechnik für die Biotechnolo-

fahren, welches im AMP gleich in mehreren

gie« am AMP. Wissenschaftler beider Fach-

Forschungsprojekten untersucht wird. Von

disziplinen arbeiten aktuell an innovativen

der Optimierung der Prozessmechanismen

Diagnosemethoden für die Medizin, effek-

über die Entwicklung neuer Werkzeuge mit

tiven Zellaufschlussverfahren für die indust-

superharten Schneidstoffen bis hin zur Kom-

rielle Biotechnologie und an der Beseitigung

bination des Verfahrens mit der Mikrosenk-

mikrobieller Kontaminationen von techni-

erosion für die Herstellung präziser Formein-

schen Fluiden wie Schmierstoffen, Farben

sätze in der Zahnmedizin bearbeiten wir ein

oder Lacken. Außerdem untersuchen sie

umfassendes Aufgabenspektrum.

neuartige Biopolymere für Kunststoffprodukte des täglichen Lebens und entwickeln

Unsere Stärke dabei ist die Systemkompetenz:

Verarbeitungstechnologien für bioabbaubare

Wir beherrschen nicht nur einzelne Mikro

Polymere in der Medizin – und folgen damit

fertigungstechnologien, sondern decken

vorbildlich unserer Maxime, Ressourcen

auch die dazugehörigen Präzisionsmaschi-

effizienz, Nachhaltigkeit und Umweltver-

nen und die Mikromesstechnik ab. Dabei

träglichkeit in Einklang zu bringen.

widmen wir uns vor allem unterschiedlichen Automatisierungsstrategien für die Mikroproduktion. So haben wir zusammen mit Werk-

Ihr

zeugmaschinen- und Messgeräteherstellern ein Maschinenkonzept entwickelt, das sowohl eine automatisierte Werkstückprä-

Eckart Uhlmann

Forschung und Entwicklung

Mikroproduktionstechnik

Beugungsoptik bringt Farbe ins BMBF Beugungsgitter sind eine Schlüsselkomponente der optischen Messtechnik und das Herzstück vieler spektrometrischer Messgeräte von der Labormesstechnik bis hin zur Satellitentechnik und »Robotic Exploration«, der roboterunterstützten Erforschung des Weltraums. Ihr technischer Nutzen wurde bereits zu Beginn des 19. Jahrhunderts von Joseph von Fraunhofer erkannt und grundlegend erforscht. Damit gelang es ihm u. a., die Auflösung seiner Brechzahlmessgeräte sowie des von ihm entwickelten Prismenspektroskops zu steigern. Durch seine präzisen Untersuchungen des Sonnenspektrums und der damit verbundenen Entdeckung der nach ihm benannten Fraunhofer'schen Absorptionslinien hat er die Entwicklung der Optik und der Feinmechanik nachhaltig geprägt.

Heute drängt die ständig steigende Integrationsdichte von Produkten zu innovativen optischen Lösungen. Dabei werden beispielsweise optische Funktionalitäten wie Refraktion und Diffraktion kombiniert, um optische Elemente zur Verfügung zu stellen, die sowohl abbildende als auch dispergierende Eigenschaften aufweisen. Ziel ist es, die Anzahl der optischen Bauteile in einem Produkt zu minimieren, um so den Bauraum und die Grenzflächenzahl zu reduzieren und damit die Effizienz, z. B. einer optischen Linse, zu erhöhen. Darüber hinaus lassen sich durch derartige Optiken besonders kompakte optische Konstruktionen wie beispielsweise die Offner-Anordnung realisieren. Eine besonders hohe Effizienz in der Beu-

Formeinsatz für die Abformung der Optiken mittels Variotherm-Spritzprägen, gefertigt mit Hilfe der Ultrapräzisionszerspanung. Bild: TU Berlin/Stefan Kühne

gungsordnung weisen optische Elemente mit Blazegitterstruktur auf. Dabei handelt

vorbehalten. Für kostengünstige und damit

tik. Das optische Phänomen der Dispersion,

es sich um eine zyklische Abfolge optischer

massenmarkttaugliche Optiken ist die Ent-

welches hier als farbiges Lichtspiel in Erschei-

Sägezahnstrukturen. Die Genauigkeitsanfor-

wicklung und Etablierung prozesssicherer

nung tritt, wird mittels weißer LEDs als Licht-

derungen an Form und Äquidistanz liegen

Replikationstechniken notwendig. Eine Vor-

quelle und der Aneinanderreihung der opti-

im Nanometerbereich. Für die Herstellung

aussetzung dafür ist die Herstellung soge-

schen Elemente erzeugt. Das Licht tritt an

derartiger metallischer Reflexionsoptiken ist

nannter Formnester.

der Unterseite der Elemente ein und an der

eine komplexe Fertigungskette nötig, die auf der Ultrapräzisionsbearbeitung als Schlüs-

gekrümmten Oberfläche wieder aus. Dabei Für ein Kunstprojekt zur Eröffnung des Neu-

wird das Licht wellenlängenabhängig stark

seltechnologie basiert. Aufgrund der enor-

baus des Bundesministeriums für Bildung

abgelenkt und in die Spektralfarben zerlegt.

men Anforderungen an Temperaturstabi-

und Forschung (BMBF) am Berliner Kapelle-

Die Auslegung der Optik wurde durch die

lität und Vibrations- und Pulsationsarmut

Ufer realisierten Wissenschaftler des Fraun-

HoloDimensions GmbH & Co. KG organi-

sind effiziente abbildende Beugungsoptiken

hofer IPK einen 18 Meter langen Aufbau aus

siert. Besonders gut sichtbar wird die Farb-

jedoch bislang dem Hochtechnologiesektor

Replikaten einer abbildenden Beugungsop-

zerlegung mit Hilfe von zerstäubtem Was-

FUTUR 2/2015

Wissenschaft mit Regenbogen Im Rahmen des Wettbewerbs »Kunst am Bau« unterstützten Wissenschaftler des Fraunhofer IPK die Künstlergruppe Boran Burchhardt, Andreas Lippke und Marcel Stemmen mit einer HightechLösung für eine Lichtinstallation. Das Kunstwerk mit dem Namen »Virtuelle Skulptur ohne Titel« schafft einen passenden Bezug zu Bildung und Forschung. Die 18 Meter lange Installation aus Licht, Luft und Wasser folgt der Form einer geraden Treppe und bildet einen Regenbogen nach. Er soll den Treppennutzer zum Berühren einladen, entzieht sich jedoch gleichzeitig seiner Berührung.

Das technisch anspruchsvolle Projekt beruht auf Fertigung der Masterstruktur mittels Ultrapräzisionszerspanung mit monokristallinen Diamantwerkzeugen. Bild: TU Berlin/Stefan Kühne

der Aufspaltung und Fokussierung von Licht mit Hilfe einer komplexen Optik aus einem refraktiven Linsenanteil und einer als diffraktiv blazed-

ser. Ultraschallzerstäuber und Ventilatoren

Replikation der makrooptischen Linsen-

grating bezeichneten Struktur. Diese Aufspal-

sorgen für den nötigen Effekt, indem die

grundkörper unter Beachtung der Anforde-

tung erzeugt die Regenbogenfarben, die im

einzelnen farbigen Lichtanteile an den aus-

rungen an Form- und Lagetoleranzen müs-

künstlichen Nebel sichtbar werden. Die Ausbil-

strömenden Nebelpartikeln gestreut werden.

sen langsame Einspritzgeschwindigkeiten

dung des Regenbogens wird durch Beugung von

und mittlere Spritzdrücke eingesetzt werden.

weißem Licht an dem auf der Linsenoberseite

Die für die Fertigung notwendigen Form-

Der Ausgleich von Schwindung und Ver-

befindlichen Beugungsgitter erzeugt. Derartige

nester wurden durch eine Hochpräzisions-

zugseinflüssen erfolgt anschließend mit

Gitter werden beispielsweise auch in Spektro-

vorbereitung der Substratform und eine

einem hohen Haltedruck und langen Halte-

metersystemen für chemische oder biomedizini-

stromlose Beschichtung mit NiP mit einer

zeiten. Die Replikation der beugungsopti-

sche Anwendungen verwendet und nutzen das

Schichtdickenvarianz von ± 2 Mikrometern

schen Strukturen erfordert hingegen übli-

als Fraunhofer'sche Linien bekannte Phänomen

gefolgt von einer Ultrapräzisionsbearbeitung

cherweise sehr hohe Spritzdrücke und

der Resonanzabsorption von Licht an chemi-

auf einer eigens modifizierten LT-Ultra Ult-

ebensolche Einspritzgeschwindigkeiten.

schen Elementen.

rapräzisionsfertigungsanlage hergestellt.

Würde man einen solchen Parametersatz

Die besondere Herausforderung bestand

allerdings für die Gesamtstruktur einsetzen,

darin, die 40 000 optischen Strukturen des

führt dies zu extremen Scherraten und einer

Replikationsmasters, deren Höhe im Bereich

Schädigung des Kunststoffes, der bei opti-

von einigen 100 Nanometern liegt, defor-

schen Bauteilen nicht zu tolerieren ist. Um

mationsfrei und reproduzierbar zu fertigen.

dies zu vermeiden, wählten die Fraunhofer-

Deshalb verfügt die Anlage über eine Tem-

Experten einen variothermen Spritzpräge-

peraturkonstanz von einigen 10 Millikelvin,

prozess, mit dessen Hilfe der Linsenkörper

ein aktives und passives Schwingungsma-

fein abgestimmt und langsam gefertigt

nagement und eine angepasste Kinematik.

wurde. Die Form ist zu diesem Zeitpunkt auf

Gefertigt wurden die Strukturen durch einen

eine Temperatur oberhalb der Erweichungs-

Stoßprozess mit Diamantwerkzeugen. Um

temperatur des Materials erwärmt und

Deformationen zu vermeiden, wurden die

ermöglicht die notwendigen, langen Halte-

Ministerin Wanka mit der Regenbogen-Kunst im BMBF-Neubau in Berlin. Bild: BMBF/Hans-Joachim Rickel

Prozesskräfte minimiert und eine prozess

zeiten. Zum Ende dieser Haltezeit erfolgt

sichere Spanabfuhr gewährleistet.

dann die Abkühlung der Form auf Entfor-

Die Schwierigkeit beim Spritzgießen der

stimmter Prägehub zur prozesssicheren

Ihr Ansprechpartner

Optiken beruht auf der Überlagerung

Abformung der Mikrostrukturen.

Stefan Kühne

mungstemperatur und ein zeitlich abge-

gegensätzlicher Anforderungen hinsichtlich

Telefon: +49 30 314-29495

der vorhandenen Strukturelemente. Für die

kuehne@mfg.tu-berlin.de

Forschung und Entwicklung

Mikroproduktionstechnik

Den Prozess im Griff – Mikrofräsen im Formenbau Mikrofräsen ist im Formen- und Werkzeugbau fest etabliert und findet zunehmend im Bereich der Medizin- und Biotechnik Anwendung. Dieses Fertigungsverfahren ist charakterisiert durch die Verwendung von Werkzeugen mit Durchmessern von weniger als einem Millimeter. Im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren zeichnet es sich insbesondere durch eine hohe Geometrieflexibilität und Prozessgeschwindigkeit aus. Durch die zunehmende Miniaturisierung von Produkten, Baugruppen oder einzelner Funktionsflächen steigt das Marktpotenzial für die spanende Hochpräzisionsbearbeitung rasant. Die Prozessmechanismen beim Hochpräzisionsfräsen von Mikrostrukturen sind aber nach derzeitigem Stand nicht in hinreichendem Maße erforscht. Die Erforschung und Optimierung des Bearbeitungsprozesses ist eines der Themengebiete, welches im Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik AMP Inhalt mehrerer Forschungsprojekte ist.

►►Prozess-StrukturWechselwirkungen

den grundlegende theoretische, struktur-

dynamischen Verhaltens des Fräswerkzeu-

dynamische und technologische Fragestel-

ges war dabei von besonderer Bedeutung,

Im Rahmen des Forschungsprojekts »Pro-

lungen hinsichtlich der Wechselwirkungen

da die Verlagerungen am TCP, dem Tool

gnose und Beeinflussung der Wechselwir-

geklärt. Das entwickelte Prognosemodell

Center Point, maßgeblich für die erreich-

kungen von Strukturen und Prozessen«

besteht aus mehreren mathematischen

baren Bauteilgenauigkeiten und Oberflä-

wurde ein Prognosemodell zur Vorhersage

Teilmodellen, welche auf der Modellierung

chenrauheiten verantwortlich sind. Die

der Wechselwirkungen zwischen Struktur

der schwingungsfähigen Maschinenkom-

Verifizierung der Teilmodelle und des

und Prozess beim Hochpräzisionsfräsen von

ponenten und Berechnung der dynamischen

Gesamtmodells wurde durchgängig

Mikrostrukturen entwickelt. Hierbei wur-

Zerspankräfte basieren. Die Modellierung des

anhand von direkten (Struktur, Prozess)

Aufbau des Zwei-Achs-Schwingungssystems Piezoaktor

Kapazitivsensor

Spindel

Werkstück

Werkstückaufnahme

Tellerfedern

FKG

Vorspannungsschraube

Dämpfer

und indirekten Messungen (Bearbeitungsergebnis) durchgeführt. Ein denkbarer Einsatz der erarbeiteten Ergebnisse ist die Optimierung der Werkzeugbahn und der Prozessparameter auf CAM-Ebene durch Prognose des dynamischen Werkzeugverhaltens sowie die Optimierung von Steuerungs- bzw. Reglerstrukturen für die Mikro fräsbearbeitung. Darüber hinaus kann das Prognosemodell auch als Hilfsmittel zur Entwicklung geeigneter Werkzeugmaschinen und entsprechender Komponenten

Vibrationsunterstützte Mikrofräsbearbeitung von Messing (CuZn39Pb3)

sowie bei der Entwicklung von angepassten unterstützter Fräsbearbeitungen wurde

und den Prozess ermöglicht. Die erzeugte

gen zwischen Struktur und Prozess berück-

im AMP im Rahmen des DFG-Forschungs-

Topographie zeigt eine starke Abhängigkeit

sichtigen, eingesetzt werden.

vorhabens »Optimierung von Mikrofräs-

von der gewählten Spindeldrehzahl, der

Bearbeitungsprozessen, die Wechselwirkun-

prozessen durch gezielte werkstückseitige

jeweiligen Anregungsfrequenz sowie der

Schwingungsanregung« ein Zwei-Achs-

Anregungsrichtung.

Schwingungssystem entwickelt und aufgebaut. Dieses erzeugt eine hochdynamische

gung

ämpfer

►►Komplexe Bauteile besser fertigen

horizontale Schwingung des Werkstücks

Das entwickelte Zwei-Achs-System zur werk-

in zwei Raumrichtungen, welche in Fre-

stückseitigen Schwingungsanregung kann

quenz, Amplitude und Phase zur Schnei-

auch für die echtzeitfähige Kompensation

deneingriffsfrequenz geregelt ist. Das Sys-

der Werkzeugabdrängung bei der Mikrofräs-

tem besteht aus einem Festkörpergelenk in

bearbeitung eingesetzt werden. Dafür soll

parallelkinematischer Ausführung, auf dem

das System durch ein Überwachungssystem

eine Werkstückaufnahme gelagert ist. Das

erweitert werden, welches die Werkzeug-

Festkörpergelenk wird mit zwei Hochvolt-

abdrängung in Echtzeit mit einem berüh-

Piezoaktoren betätigt, welche einen maxi-

rungslosen Sensor erfasst und in Form von

malen Hub von 15 Mikrometern und eine

Steuersignalen an die Steuerung des Zwei-

►►Schwingungsunterstützte

maximale Anregungsfrequenz von 10 Kilo-

Achs-Systems weiterleitet. Basierend auf die-

Mikrofräsbearbeitung

hertz erreichen können. Zur Regelung des

sem Signal wird das Werkstück eine Kom-

Neben der Herstellung von Mikrosystemen

Prototyps steht ein Echtzeitsystem zur Ver-

pensationsbewegung ausführen, die der

werden Mikrofertigungsverfahren auch zur

fügung, welches für die Regelungsaufga-

Werkzeugabdrängung entgegenwirkt. Dies

Gefertigtes Zwei-Achs-Schwingungssystem

Herstellung funktionsorientierter Flächen

ben über eine Schnittstelle mit der Software

führt zu einer Genauigkeitssteigerung an

eingesetzt. Hier wird zwischen mikrostruk-

Simulink programmiert wurde.

den zu bearbeitenden Bauteilen. Bei der

randzonenbeeinflussten Flächen unter-

In Versuchen wurden die Auswirkungen der

unterliegt die Vorschubrichtung ständigen

schieden. Der Einsatz derartig bearbeiteter

Anregungsarten auf den Mikrofräsprozess

Änderungen, die bei den Kompensations-

Flächen eignet sich zur Verbesserung der

für erzeugte Oberflächenstrukturen festge-

bewegungen berücksichtigt werden müssen.

Bauteilfunktionalitäten und findet z. B. in

stellt. Die hochfrequente Verlagerung des

Dafür soll das Zwei-Achs-System mit der

Bereichen Anwendung, bei denen die opti-

Werkstücks, welche auf der Schneiden-

Referenzmaschine hardware- sowie steue-

schen und mechanischen Eigenschaften,

eingriffsfrequenz sowie Vorschubrichtung

rungstechnisch gekoppelt werden.

die adhäsiven Kontakteigenschaften sowie

basiert, ermöglicht eine gezielte und repro-

turierten Flächen, texturierten Flächen und

Bearbeitung komplexer Bauteilgeometrien

die aero-/hydrodynamischen und thermi-

duzierbare Oberflächenstrukturierung. Um

schen Eigenschaften beeinflusst werden. Die

die Prozess- und Schwingungsparameter

Beeinflussung der Oberflächentopographie

für die gezielte Oberflächenstrukturierung

sowie der Oberflächenrauheit beim Mik-

zu ermitteln, wurde das beschriebene Pro-

Ihr Ansprechpartner

rofräsen kann durch gezielte hochfrequente

gnosemodell eingesetzt, welches auch die

Ivan Perfilov

Anregung des Werkstücks erreicht werden.

Analyse der Auswirkungen fremderregter

Telefon: +49 30 39006-404

Für die Realisierung derartiger vibrations-

Schwingungen auf die Werkzeugmaschine

ivan.perfilov@iwf.tu-berlin.de

Forschung und Entwicklung

Mikroproduktionstechnik

Spezialwerkzeuge für die Mikrozerspanung Fertigungsverfahren, welche zur Herstellung von funktionsrelevanten Strukturen oder Toleranzen im einstelligen Mikrometerbereich geeignet sind, werden der Mikroproduktionstechnik zugeordnet. Die Mikrozerspanung zeichnet sich in diesem Bereich durch ein großes Spektrum der bearbeitbaren Werkstoffe und eine hohe geometrische Flexibilität aus. Anwendung findet die Mikrozerspanung z. B. im Werkzeug- und Formenbau beim Mikrofräsen von Elektroden für die Funkenerosion oder bei der Herstellung von Formeinsätzen, bei der Mikrostrukturierung von Oberflächen sowie in der Direktbearbeitung von Mikrobauteilen. Im Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik AMP ist die Optimierung der gesamten Prozesskette von der Konstruktion über die Herstellung bis zum Einsatz von Mikrozerspanwerkzeugen seit vielen Jahren ein fester Bestandteil der Forschungsaktivitäten.

WerkzeugWerkzeug Werkzeug Werkzeug Werkzeug Werkzeug Fertigung Fertigung Fertigung Fertigung Fertigung konstruktion, Fertigung Fertigung Werkzeug -konstruktion -konstruktion -konstruktion -konstruktion -konstruktion der der der Makroder MakroMakroder MakroMakro -simulation der Makrogeometrie -konstruktion geometrie der Makro-simulation -simulation -simulation -simulation -simulation geometrie geometrie geometrie geometrie -simulation geometrie

Innovative Innovative Innovative Innovative Kanten Kanten Kanten Kanten Kanten Beschichten Beschichten Beschichten Beschichten Beschichten Innovative Kanten-Kanten Innovative Innovative Beschichten Mikrofräser Mikrofräser Mikrofräser Mikrofräser Mikrofräser -präparation -präparation -präparation -präparation -präparation präparation Mikrofräser Beschichten Mikrofräser -präparation

rβrβ rβrβ rβ rβ

Prozesskette zur Herstellung von Mikrofräsern am Fraunhofer IPK

Beim Einsatz von Mikrofräsern mit einem

beständiger Schneidstoffe wie zum Beispiel

ten Mikrofräsern aufgrund des gesteigerten

Durchmesser von weniger als einem Milli-

polykristalliner Diamant (PKD), kubisch kris-

Werkzeugquerschnitts eine um 52 Prozent

meter kommt es häufig schon nach einer

tallines Bornitrid (cBN) oder Keramik.

reduzierte Spannung im Vergleich zu her-

►►Hartmetallwerkzeuge

Zerspanung eines hochlegierten Werkzeug-

kurzen Bearbeitungsdauer zu übermäßigem Werkzeugverschleiß oder sogar zu Werkzeugbruch. Beim Mikrofräsen ist dies beson-

kömmlichen Mikrofräsern entsteht. Bei der

mit optimierter Geometrie

stahls konnten durch den Einsatz der neuen

ders kritisch, da diese verschleißbedingten

Durch die Entwicklung einer innovativen

Änderungen an den Mikrowerkzeugen nicht

Geometrie im Übergang zwischen Schneid-

der Zahnvorschub fast verdoppelt werden.

einfach vom Maschinenbediener akustisch

teil und dem Werkzeugschaft bei Mikrofrä-

Auf diese Weise ließ sich die Bearbeitungs-

oder optisch erkannt und überwacht wer-

sern aus Hartmetall konnte das Risiko von

zeit um 85 Prozent reduzieren.

den können. Um die Verschleißbeständig-

Werkzeugbruch minimiert werden. Dafür

Geometrie die Schnittgeschwindigkeit sowie

keit der Mikrofräser zu erhöhen und die

wurde am AMP experimentell untersucht,

Durch die Entwicklung der optimierten

geforderten Bearbeitungsergebnisse, die

ob strukturdynamische oder mechanische

Werkzeuggeometrie wurde das Problem

Reproduzierbarkeit und die Prozesssicher-

Beanspruchungen zum Bruch führen. Dabei

des plötzlich auftretenden Werkzeugbruchs

heit zu gewährleisten, werden am Fraun-

wurde erkannt, dass die maximalen Span-

weitestgehend gelöst. Nachfolgende Unter-

hofer IPK zwei grundsätzliche Lösungsan-

nungen an dem Übergang des Schneidteils

suchungen am Fraunhofer IPK konzentrier-

sätze verfolgt: zum einen die Optimierung

zum Konus entstehen. Diese Spannungs-

ten sich deshalb auf den Werkzeugver-

der Makro- und Mikrogeometrie von Hart-

spitzen führen dann zu plötzlich auftreten-

schleiß an den Schneidkanten. Dazu zählte

metallwerkzeugen und zum anderen der

dem Werkzeugbruch. Die Untersuchungen

z. B. die gezielte Schneidkantenpräparation

Einsatz alternativer und extrem verschleiß-

ergaben außerdem, dass bei den optimier-

von Mikrofräsern mittels Tauchgleitläppen.

FUTUR 2/2015

0,5 mm

A-A

10 µm

Querschnitt am Ort der maximalen Spannung σmax

Optimierung der Mikrogeometrie

Unpräparierte Schneidkante

Spannung σ

Optimierung der Makrogeometrie

Herkömmliche Mikrofräser

Präparierte Schneidkante B

Optimierte Mikrofräser

rβ

10 µm

B-B

Optimierung der Makro- sowie Mikrogeometrie von Mikrofräsern aus Hartmetall

Prozess:

Prozess: Mikrofräsen Mikrofräsen

totypenbau und für Vorserien im Werkzeug-

Feinstkornhartmetall:

und Formenbau eingesetzt. Bei den kommerziell verfügbaren Mikrofräswerkzeugen

XXXX Werkzeug: Werkzeug: D = 3 mm 3 mm D = z = 1 1 z =

aus Feinstkornhartmetall konnte im Mittel eine maximale Verschleißmarkenbreite von 110 Mikrometern festgestellt werden. Das 50 µm

Werkstück: Werkstück: AIMgSi1 AlMgSi1 Prozessparameter: Prozessparameter: vc = 300 m / min v = 300 m/min fz = c 5 μm fz = 5 µm ap = 100 μm µm ap = 100 ae = 100 μm = 100 µm a e lc = 20 m μm

lc =

am Fraunhofer IPK entwickelte PKD-Mikrofräswerkzeug wies nach gleichem Fräsweg lediglich eine maximale Verschleißmarken-

PKD 002:

breite im einstelligen Mikrometerbereich auf. Die neuartigen PKD-Mikrofräswerkzeuge haben damit das Potenzial, die Werkzeugstandzeiten zu steigern, verschleißbedingte

20 m

Kühlschmierstoff: Kühlschmierstoff: Swisscut 6122 S

Ungenauigkeiten am Werkstück zu reduzie50 µm

ren oder die Schnittparameter zu erhöhen.

Swisscut 6122 S

Kommerziell verfügbares Mikrofräswerkzeug aus Feinstkornhartmetall und neuartiges PKD-Mikrofräswerkzeug mit Schneiden aus PKD im Vergleich bei der Zerspanung von AlMgSi1

Allerdings ist aufgrund der Werkstoffhärte die Herstellung der Mikrowerkzeuge mit Schneiden aus superharten Schneidstoffen

Beim Einsatz der präparierten Mikrofräser konnten im Vergleich zu unpräparierten

►►Superharte Schneidstoffe für Mikrofräser

um ein vielfaches aufwändiger. Zudem eignen sich Schneidstoffe aus Diamant nur

Werkzeugen die maximale Verschleißmar-

Der zweite Ansatz zur Erhöhung der Ver-

bedingt für die Zerspanung von eisenhalti-

kenbreite um 14 Prozent gesenkt sowie der

schleißbeständigkeit von Mikrofräsern ist

gen Werkstoffen. Daher adressieren weitere

Kolkverschleiß verhindert werden. Die Tat-

der Einsatz von superharten Schneidstoffen.

Forschungsarbeiten am Fraunhofer IPK die

sache, dass durch präparierte Werkzeuge

Zu den superharten Schneidstoffen gehö-

Herstellungstechnologien für Mikrofräs-

die Verschleißschwankungen um 95 Prozent

ren polykristalliner Diamant (PKD), kubisch

werkzeuge mit Schneiden aus superharten

verringert werden konnten, ist vor allem für

kristallines Bornitrid (cBN) sowie CVD-Dick-

Schneidstoffen sowie die schneidstoffge-

den industriellen Einsatz interessant. Dies

schicht-Diamant. Am Fraunhofer IPK wur-

rechte Zerspanung von gehärtetem Stahl

steigert die Prozesssicherheit und die Vor-

den bereits neuartige Mikrofräswerkzeuge

und Hartmetall mit Schneidstoffen aus cBN

hersagbarkeit des Werkzeugwechsels erheb-

mit Schneiden aus PKD entwickelt, herge-

und Diamant.

lich und bringt messbare Vorteile für den

stellt sowie in Zerspanversuchen eingesetzt.

Anwender. Nach der erfolgreichen Evaluie-

Bei Zerspanversuchen mit AlMgSi1 zeigte

rung des Tauchgleitläppens für die Schneid-

sich, dass die neuartigen PKD-Mikrofräser

kantenpräparation von Mikrofräsern werden

im Vergleich zu kommerziell verfügbaren

in einem aktuellen Forschungsvorhaben die

Mikrofräsern aus Feinstkornhartmetall eine

Ihr Ansprechpartner

Verfahren Trockenstrahlspanen, Magnet

enorm gesteigerte Verschleißbeständigkeit

Dr.-Ing. Armin Löwenstein

finishing und Bürsten mit dem Tauchgleit-

aufweisen. Die Aluminiumlegierung AlMgSi1

Telefon: +49 30 39006-410

läppen verglichen.

wird häufig als Formwerkstoff für den Pro-

armin.loewenstein@ipk.fraunhofer.de

Forschung und Entwicklung

Mikroproduktionstechnik

Präzise Formeinsätze für die Zahnmedizin Ein Forschungsschwerpunkt des Anwendungszentrums Mikroproduktionstechnik AMP ist die Miniaturisierung und Entwicklung von medizintechnischen Produkten und Komponenten. Dafür erforschen die Wissenschaftler u. a. die Prozesskette zur Herstellung präziser Formeinsätze für Dentalprodukte. Und das mit internationalem Erfolg: Gemeinsam mit dem nationalen Dienst für industrielle Ausbildung Brasiliens (SENAI), dem SENAI Netzwerk für Formen- und Werkzeugbau sowie der Brazilian Association of Tooling Industry (Associação Brasileira da Indústria de Ferramentais – ABINFER) qualifizierten sie unterschiedliche Prozessketten für die wirtschaftliche Herstellung von provisorischem Zahnersatz und entwickelten ein kombiniertes Mikrospritzgussverfahren zur Herstellung von zahnmedizinischen Einweg-Applikatoren. A

3,01 x0.4

M2 3

3,5

5 A

60°

+0,03 5 0 0,5

+0,05 3,5 0

3° ±0,25°

9,79

4,79

+0,02 2,53 0

±0,0

R0,4

30°

Mikroform für die Dental Disposable Sticks

4,2

±0,0 5

1,80

SEÇÃO A-A

Dental Provisional Abutments

Der Erfolg medizinischer Einwegprodukte,

SE NÃO ESPECIFICADO: DIMENSÕES EM MILÍMETROS ACABAM. SUPERFÍCIE: TOLERÂNCIAS: LINEAR: ±0.1 ANGULAR: ±1º

ACABAMENTO:

Polido

die in der Regel mit NOME

ASSINATURA

DATA

30/04/13

VERIF.

Pedro Aguilera

30/04/13

APROV.

Pedro Aguilera

MANUF. QUALID

setzen des eigentlichen Zahnersatzes im Mund des Patienten verbleiben. Um die an

gig von deren mechanischen Eigenschaften,

diesen provisorischen Zahnersatz gestellten

wie z. B. Härte und E-Modul. Darüber hin-

Anforderungen zu gewährleisten, sind Maß-

aus können mit EDM geometrisch komplexe

toleranzen von bis zu fünf Mikrometern ein-

Konturen und Freiformflächen mit höchster

zuhalten. Im Rahmen des Projekts verglichen

Präzision hergestellt werden. Die Fraunho-

die Fraunhofer-Experten die Fertigungstech-

fer-Wissenschaftler konzentrieren sich des-

nologien Mikrofräsen und Mikrosenkero-

NÃO MUDAR A ESCALA DO DESENHO

Mikrospritzgusstechno- FGM halb TÍTULO:

logien aus unterschiedlichen Kunststoffen

Jean Carlos

DES.

DEBUR AND BREAK SHARP EDGES

Verfahren ermöglicht die Bearbeitung von elektrisch leitfähigen Werkstoffen unabhän-

REVISÃO

auf die Konstruktion und das Design

sion zur Herstellung von Formeinsätzen aus

von EDM-Werkzeugen, die Optimierung der

rostfreiem Edelstahl Böhler M340 Isoplast

0203.3520

Fertigungstechniken und Messverfahren

(54 HRC). Dabei wurden die Grenzen beider

Peek zierten Gewicht des Endprodukts und einem

hergestellt werden, beruht auf einem redu-

A4 zur prozesssicheren Herstellung von Mik-

Verfahren im Hinblick auf die zu erreichende

geringen Energie- und Werkstoffverbrauch.

roformeinsätzen sowie CFD-Simulationen

Bauteilgenauigkeit, Oberflächenqualität und

Entscheidend für die Präzision medizintech-

des Mikrospritzverfahrens.

Fertigungsgeschwindigkeit in technologi-

30/04/13

MATERIAL:

PESO:

DES. Nº

ESCALA:10:1

FOLHA 1 DE 1

nischer Spritzgussreplikationen sind u. a. die Form- und Maßtoleranzen der verwendeten

schen Untersuchungen analysiert. Auf dieser

►► Provisorischer Zahnersatz

Basis wurden anschließend verschiedene Fer-

Formeinsätze. Eine Schlüsseltechnologie ist

Dental Provisional Abutments sind aus Poly-

tigungsstrategien erarbeitet. Im direkten Ver-

hierfür das funkenerosive Senken oder Elec-

etheretherketon (PEEK) gefertigte Dental-

gleich dieser Fertigungsstrategien hat sich

trical Discharge Machining (EDM). Dieses

produkte, die vorübergehend bis zum Ein-

die Mikrofunkenerosion mit Kupfer als Elek-

FUTUR 2/2015

310 μm

a) Elektrode (Seitenansicht)

130 μm

b) Elektrode (Draufsicht)

120 μm

310 µm 130 µm 500 µm

500 µm

130 µm

120 µm

Werkzeugelektroden aus Kupfer (links: Seitenansicht, rechts: Draufsicht)

c) Kavität in Formenstahl (Draufsicht)

trodenwerkstoff gegenüber der Fräsbearbei-

226 µm

tung durchgesetzt. Sie erzielte bessere konische Formen und Oberflächengüten bei der

743 µm

739 µm

Herstellung der Spritzgussformen für Dental Provisional Abutments. Aufgrund der vor Ort verfügbaren Maschinentechnik wurden den brasilianischen Projektpartnern dennoch beide Technologien zur Verfügung gestellt. Gefertigte Kavität in Formenstahl (Draufsicht)

►►Mikroapplikatoren für die Zahnmedizin Die erarbeiteten Fertigungsstrategien wur-

prozess, bei dem die Spritzgussform im

Messverfahren zur Herstellung und Qualifi-

den im Folgenden auf ein zweites Produkt-

Kopfbereich durch die Mikrosenkerosion

zierung von Mikroformen, bis hin zum

beispiel übertragen – die Dental Disposable

und im Griffbereich durch das Mikrofräsen

Spritzgießen, zur Verfügung und unterstüt-

Sticks. Diese Einweg-Applikatoren werden

gefertigt wird. Zur Herstellung der komple-

zen vor Ort bei der Implementierung der

für das schnelle Auftragen von Materia-

xen Kupfersenkelektrode für den Kopfbe-

Technologien in verschiedene Maschinen-

lien im schwer zugänglichen Mund-Kiefer-

reich wurde eine weitere Fertigungsstrategie

systeme. SENAI selbst kann auf diese Weise

Bereich benötigt und weisen ebenfalls Struk-

entwickelt, welche die Mikrofräsbearbeitung

Industriepartner und -kunden in Brasilien

turen und Toleranzen im Mikrometerbereich

mit der Drahterosion kombiniert. Dadurch ist

mit modernsten Mikroproduktionstechno-

auf. Eine zusätzliche Herausforderung lag

es gelungen, den Vorgang der Senkerosion

logien versorgen.

hier in der Zusammensetzung der Dental

auf zwei Bearbeitungsschritte zu reduzieren

Disposable Sticks aus zwei unterschiedli-

und die Fertigungskosten zur Herstellung

chen Werkstoffen. Der Haltegriff besteht

des Spritzgusswerkzeugs zu verringern.

aus Polyetheretherketon (PEEK), der Kopf aus thermoplastischem Polymer mit filigra-

Zukünftig konzentrieren sich die AMP-

Ihre Ansprechpartner

nen Strukturierungen zur maximalen Auf-

Experten auf die Entwicklung von Strategien

David Carlos Domingos

nahme von Flüssigkeiten.

zur effizienten Verknüpfung unterschiedli-

Telefon: +49 30 39006-413

cher Fertigungsverfahren zur Reduzierung

david.carlos.domingos@ipk.fraunhofer.de

Die Fraunhofer-Wissenschaftler entschieden

von Fertigungskosten. Ihrem brasilianischen

Tassilo-Maria Schimmelpfennig

sich bei der Herstellung der Dental Disposa-

Projektpartner SENAI stellen sie das gesamte

Telefon: +49 30 39006-416

ble Sticks für einen zweistufigen Spritzguss

Spektrum an Fertigungstechnologien und

tassilo.schimmelpfennig@ipk.fraunhofer.de

Forschung und Entwicklung

Mikroproduktionstechnik

Automatisierung in der Mikroproduktion Mit Hilfe von Automatisierungstechnik kann der hohe manuelle Anteil bei mehrstufigen Prozessketten in der Mikroproduktion reduziert werden. Dadurch können Hersteller die Effizienz ihrer Fertigung steigern und ihre Konkurrenzfähigkeit im nationalen und internationalen Wettbewerb am Hochlohnstandort Deutschland sichern. Vor allem die Handhabungstechnik gewährleistet in Kombination mit geeigneten Spannsystemen die Bauteilgenauigkeit bei mehrstufigen Fertigungsprozessen und kann zur präzisen Positionierung der Werkstücke eingesetzt werden. Zum anderen erweitern Messtechnik sowie intelligente Auswertealgorithmen die Fähigkeiten einer Werkzeugmaschine. Wissenschaftler des AMP entwickeln aktuell in zwei Forschungsprojekten Automatisierungsstrategien für unterschiedliche Mikroproduktionsaufgaben.

►►in-Situ-Monitoring für adaptive Schneidkantenpräparation

riums für Wirtschaft und Energie (BMWI)

zeugen mit definierter Schneide eingesetzt.

geförderten Projekts wurde zusammen mit

Der entwickelte Maschinenprototyp basiert

Durch die automatisierte messtechnische

der Firma Otec Präzisionsfinish ein auf dem

auf einer miniaturisierten Streamfinishanlage

Erfassung von Form- und Oberflächenkenn-

Streamfinishing basierendes Maschinenkon-

vom Typ SF Compact der Firma Otec, welche

werten bearbeiteter Werkstücke kann eine

zept entwickelt, welches die automatisierte

mit einem 6-Achs-Knickarmroboter LR Mate

durchgängige Qualitätskontrolle realisiert

Werkstückpräparation und messtechnische

200iC der Firma Fanuc Robotics Deutschland

werden. Auf der Grundlage einer Prozess-

Erfassung ermöglicht. Das Streamfinishing

und einem optischen Messgerät vom Typ

analyse und der Kenntnis der signifikanten

kann dem Verfahren Tauchgleitläppen

IF-SensorR25 der Firma Alicona Imaging

Prozessparameter kann darüber hinaus eine

zugeordnet werden und wird neben dem

erweitert wurde.

automatisierte Nachbearbeitung erfolgen.

Polieren und Entgraten von Werkstücken,

Innerhalb eines vom Zentralen Innovations-

z. B. Nockenwellen oder Getriebeteilen, zur

In dem automatisierten Maschinenprototyp

programm Mittelstand des Bundesministe-

Schneidkantenpräparation von Schaftwerk-

werden die Werkstücke durch den Roboter

SF Compact mit integrierter optischer Messtechnik zur automatisierten Qualitätskontrolle

FUTUR 2/2015

Architektur des im Rahmen des Projekts WeiMA entwickelten Unterstützungssystems

in die Maschine ein- und nach der Bearbei-

eine automatisierte Verkettung von Werk-

Projekt »WeiMA« aufgebaute Verkettung

tung ausgespannt. Anschließend werden

zeugmaschinen ermöglicht. Hierbei steht

von Werkzeugmaschinen durch ein entspre-

sie in einer Reinigungsstation mit Druckluft

die möglichst umfassende Integration von

chendes Messsystem für die Überprüfung

von Verfahrensmittelrückständen gesäu-

Maschinendaten in die Serviceprozesse im

gefertigter Bauteilgeometrien zu erweitern.

bert und durch den Roboter zum Messgerät

Vordergrund, um die Effizienz und Quali-

Durch die Kombination und Weiterführung

positioniert. Die Kantenfindung und präzise

tät korrektiver Instandhaltungsprozesse zu

beider Technologien soll außerdem die

Ausrichtung zum Messgerät erfolgt durch

verbessern. Die Möglichkeit, vom Hersteller

Nachbearbeitung von Bauteilen verbessert

eine 2D-Bildauswertung der in dem Mess-

angefertigte Serviceprozessmodelle automa-

werden. So könnten anhand von erfassten

gerät integrierten Kamera. Mit dem Mess-

tisiert in Handlungsanweisungen auf einem

Abweichungen am Werkstück nach einer

gerät werden dann die wichtigen Zielgrö-

mobilen Servicegerät zu überführen, dient

Bearbeitung automatisiert Strategien für

ßen wie Schneidkantenradius und K-Faktor

der Strukturierung und Unterstützung von

notwendige Korrekturen abgeleitet werden.

erfasst. Durch einen Soll-Ist-Vergleich und

Wartungsprozessen an der Anlage. Der Ser-

Eine direkte Kompensation wäre hier z. B.

die automatisierte Einstellung der zur Nach-

vicetechniker wird so Schritt für Schritt in

die Nachbearbeitung des Bauteils durch die

bearbeitung erforderlichen Prozessparame-

Abhängigkeit des aktuellen Maschinenzu-

Werkzeugmaschine mittels eines dynamisch

ter anhand eines Regressionsmodells kann

stands durch den Prozess geleitet. Die Arbei-

auf Basis der gemessenen Abweichungen

anschließend das Werkstück gezielt nach-

ten an der Anlage werden auf diese Weise

generierten NC-Codes.

bearbeitet und beispielsweise ein geforder-

automatisch dokumentiert und stehen dem

ter Schneidkantenradius hergestellt werden.

Hersteller als wichtiges Feedback transparent zur Verfügung.

►►Unterstützung von Serviceprozessen

►►Bessere Nachbearbeitung

Ein anderer Aspekt der Automatisierungs-

Die AMP-Experten wollen zukünftig den

technik wird im Rahmen des vom Bundes-

Anwendungsbereich der SF Compact mit

ministerium für Bildung und Forschung

integrierter optischer Messtechnik erweitern

(BMBF) geförderten Projekts »WeiMA«

und für neue Werkstücke wie Gewindeboh-

betrachtet. Hier entwickelten die Fraun-

rer oder Nockenwellen anpassen und testen.

hofer-Wissenschaftler in Zusammenarbeit

Auf diese Weise soll das Spektrum bearbeit-

mit den Firmen Zimmer und Kreim sowie

barer Bauteile und damit die Flexibilität der

Innosoft eine IT-Architektur zur Unterstüt-

Anlage erhöht werden. Auch bei automati-

Ihr Ansprechpartner

zung von Serviceprozessen an Maschinen

sierten Prozessketten bietet die Integration

Niels Raue

und Anlagen. Implementiert wurde sie an

von Messtechnik ein großes Potenzial zur

Telefon: +49 30 39006-419

dem Handhabungssystem Chameleon, das

Prozessoptimierung. So ist geplant, die im

raue@iwf.tu-berlin.de

Forschung und Entwicklung

Mikroproduktionstechnik

Mikromesstechnik für höchste Ansprüche Die stetig steigenden Anforderungen an neue Produkte hinsichtlich ihrer Sicherheit, Funktions- und Leistungsfähigkeit sowie Nachhaltigkeit erfordern zunehmend den Einsatz hochpräziser Fertigungsmesstechnik als Instrument der Qualitätssicherung. Trends wie die Miniaturisierung von Bauteilen oder die Zunahme der Bauteilkomplexität durch Integralbauweise zur Reduzierung des Montageaufwands verstärken den Bedarf an innovativen Prüfmethoden. Das Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik AMP am Fraunhofer IPK verfügt über langjährige Erfahrungen in der Anwendung, Entwicklung und Maschinenintegration von Mikromesstechnik. Neben hochauflösenden optischen und taktilen Messverfahren gehören die industrielle Computertomographie zur zerstörungsfreien Prüfung von Bauteilen sowie die Lichtmikroskopie im Bereich der Biotechnologie, Medizintechnik und Materialanalyse zu den Kernkompetenzen des AMP. Rautiefe in der Spannut ermittelt. Anhand umfangreicher Parameterstudien und der anschließenden messtechnischen Charakterisierung der Fräswerkzeuge wurden optimale Präparations- und Bearbeitungsparameter für verschiedene Anwendungsfälle bestimmt. So konnte bei der Bearbeitung von INCONEL 738 LC mit Kugelkopffräsern die Werkzeug- und Maschinenbelastung dank präparierter Schneidkanten reduziert werden. Die Axialkraft sank um bis zu 25 Prozent, das Schnittmoment sogar um bis zu 43 Prozent.

►►Lichtmikroskopie in der zellfreien Biotechnologie

AxioImager.M2m der Firma Carl Zeiss IMT

Ein wichtiges Arbeitsmittel zur Beantwor-

►►Bessere Werkzeuge

der Gasturbinenindustrie. Für die messtech-

tung biologisch-technischer Fragestellun-

nische Erfassung der Fräswerkzeuge wurden

gen, denen am AMP die Arbeitsgruppe

Wie gut ein Fertigungsprozess ist, zeigt sich

mit dem Messgerät Helicheck der Firma Wal-

»Produktionstechnik für die Biotechno-

an der Bewertung vorab definierter Merk-

ter Drall- und Spanwinkel, erster und zwei-

logie« nachgeht, ist die Lichtmikrosko-

male am Werkstück oder am Werkzeug. Die

ter Freiwinkel sowie Fasenbreite und Durch-

pie. In dem vom Bundesministerium für

Oberflächengüte ist z. B. ein Indikator für

messer in zwei Ebenen bestimmt. Für die

Bildung und Forschung (BMBF) geför-

den Werkzeugverschleiß, welcher wiederum

Oberflächencharakterisierung in der Span-

derten Projekt »Zellfreie Biotechnologie«

Rückschlüsse auf die Qualität der gewähl-

nut und für die messtechnische Analyse des

konnten die Wissenschaftler mit einem

ten Prozessparameter erlaubt. In einem

Schneidkantenradius wurde ein Messgerät

AxioImager.M2m von Carl Zeiss IMT die

vom Bundesministerium für Wirtschaft und

vom Typ InfiniteFocus der Firma Alicona ver-

zellfreie Produktion eines fluoreszierenden

dank optischer Messverfahren

Energie (BMWi) geförderten Verbundpro-

wendet. Dieses optische Messsystem basiert

Proteins in eigens gefertigten mikroflui-

jekt optimierten die Fraunhofer-Experten

auf dem Verfahren der Fokusvariation. Zur

dischen Strukturen nachweisen. Ein wei-

gemeinsam mit dem Werkzeughersteller

Bestimmung der Oberflächenrauheit wurde

teres Aufgabenfeld ist die Detektion von

Sommertools Werkzeuge für die Bearbei-

der arithmetische Mittenrauwert, der quad-

Mikroorganismen in technischen Fluiden.

tung schwer zerspanbarer Werkstoffe aus

ratische Mittenrauwert und die gemittelte

Hier reicht das Anwendungsspektrum vom

FUTUR 2/2015

3D CT-Aufnahme eines Arduino Due Mikrocontroller

Spannprinzip der flexiblen Aufnahmevorrichtung X-GRIP MINI M des Herstellers Matrix Spannsysteme und Produktionsautomatisierung (Foto: Matrix GmbH)

Nachweis der Erbinformation, der Darstel-

computertomographische Prüfverfahren

deshalb eine adaptive Messunterstützung

lung bestimmter Mikroorganismenklassen

kombiniert. Die Anwendung der industriel-

zur Automatisierung des Einrichtprozesses

sowie der Synthese spezifischer intrazellu-

len Computertomographie (CT) innerhalb

bei der industriellen Computertomographie.

lärer fluoreszierender Produkte bis hin zu

dieser Prozesskette ermöglicht die zerstö-

Dafür nutzen sie ein Röntgen-CT des Typs

komplexen Darstellungen und Charakteri-

rungsfreie und dreidimensionale Erfassung

Metrotom 800 von Carl Zeiss IMT und ver-

sierungen von Biofilmen. Neben der biolo-

der inneren Strukturen elektronischer Kom-

binden eine wissensbasierte Aufnahmepara-

gischen Forschung werden auch Material-

ponenten. Aufgrund der hohen Komplexität

meterauswahl mit einer durchstrahlungsfä-

studien durchgeführt.

dieses Prüfverfahrens wurden innerhalb des

higen und flexiblen Aufnahmevorrichtung

Verbundprojekts unter anderem der Einfluss

sowie industrieller Bildverarbeitung auf der

►►Computertomographie

der Aufnahmeparameter auf die Bildquali-

Basis optischer Sensoren. Durch die Integ-

für die Instandhaltung

tät untersucht und Aufnahmestrategien zur

ration des Systems wird eine Reduzierung

elektronischer Komponenten

optimalen Digitalisierung entwickelt.

der Messunsicherheit bei gleichzeitiger Erhöhung der Flexibilität erreicht.

Die Instandhaltung und Reparatur von langlebigen Gütern wird durch die Anfälligkeit und Verfügbarkeit von elektronischen Komponenten erschwert oder sogar verhindert.

►►Adaptive Messunterstützung für die industrielle

►►Ausblick

Computertomographie

Zukünftig streben die AMP-Experten eine

Jedoch ist in Branchen mit hohen Sicher-

Eine Prüfmethode, die es ermöglicht, sowohl

stärkere Verknüpfung von Fertigungstechnik

heitsanforderungen wie beispielsweise der

außen- als auch innenliegende Funktions-

und Fertigungsmesstechnik an. Hierzu sind

Verkehrsindustrie eine Instandhaltung von

und Geometriemerkmale dreidimensional

Entwicklungen im Bereich CAx /CMM-

elektronischen Komponenten aufgrund

zerstörungsfrei zu messen, ist die industrielle

Anbindung, Informationsmodelle und Kom-

hoher Anforderungen hinsichtlich ihrer

Computertomographie. Bislang erfordert ihr

munikationsstandards in der Produktion

Zulassungsverfahren notwendig. Kon-

Einsatz als zerstörungsfreie Prüfmethode in

geplant. Außerdem wollen sie die Messun-

ventionelle Instandhaltungsprozesse von

der fertigungsbegleitenden Qualitätssiche-

sicherheit, welche die Qualität eines Mess-

bestückten Leiterplatten werden bislang

rung einen hohen manuellen Aufwand ent-

ergebnisses beschreibt und damit der Ver-

mit hohem manuellem Aufwand durchge-

lang der gesamten Messprozesskette. Vor

gleichbarkeit von Messergebnissen dient,

führt und können vor allem bei mehrlagigen

allem das Fixieren und Ausrichten der Mess-

signifikant reduzieren.

Leiterplatten nicht zerstörungsfrei geprüft

objekte wird durch Bedienpersonal durchge-

werden. In einem vom BMWi geförderten

führt und stellt einen aufwändigen Prozess

Verbundprojekt zur Instandhaltung elekt-

sowie eine häufige Fehlerquelle dar. Zusam-

Ihr Ansprechpartner

ronischer Komponenten wurde deshalb am

men mit den Unternehmen Matrix Spann-

Nikolas Sawczyn

Fraunhofer IPK eine innovative Prozesskette

systeme und Produktionsautomatisierung

Telefon: +49 30 39006-414

entwickelt, die elektrische, optische und

sowie In-Situ entwickeln die Wissenschaftler

sawczyn@iwf.tu-berlin.de

Forschung und Entwicklung

Mikroproduktionstechnik

Nachhaltige Kunststoffe – Produkte aus bioabbaubaren Polymeren Die Herstellung und Verarbeitung von Kunststoffen stellt einen wichtigen europäischen Wirtschaftszweig dar. Im globalen Vergleich nimmt Europa den zweiten Platz der kunststoffproduzierenden Nationen ein und generiert einen jährlichen Exportüberschuss von über 18 Milliarden Euro. Innerhalb der Europäischen Union besitzt Deutschland eine herausragende Position: Ein Viertel des Kunststoffes wird hier verarbeitet. Ein Großteil davon wird für die Herstellung von kurzlebigen Verpackungen eingesetzt. Im europäischen Kontext werden derzeit drei Viertel der Kunststoffabfälle entweder gar nicht oder nur energetisch recycelt und sind demzufolge als hochgradig umweltbelastend einzustufen. Die Europäische Kommission definierte daher das Ziel, bis 2025 nahezu alle anfallenden Kunststoffabfälle einem nachhaltigen Recyclingprozess zuzuführen. Am Fraunhofer IPK wurde dieses Ziel in der Arbeitsgruppe Produktionstechnik für die Biotechnologie aufgegriffen und in Form von abbaubaren Biopolymeren, aus biogenen Reststoffen und mit einer natürlichen Degradation, weitergedacht.

►►Biotechnologie trifft

Abbaubedingungen in industriellen Kom-

aten können allerdings nicht nur als Verpa-

Kunststofftechnik

postanlagen gebunden. So können Kunst-

ckungsmaterial verwendet werden. Auch

Die Bioproduktion des Kunststoffs beruht

stoffabfälle vermieden werden, insbeson-

technische und hochwertige Kunststoff-

auf einem vollständig biotechnologischen

dere im Hinblick auf Produkte mit geringer

produkte mit definiertem Produktlebens-

Syntheseprozess der Polymere durch Mik-

Lebensdauer. Die entwickelten Biopoly-

zyklus können damit hergestellt werden.

roorganismen. Dazu werden biogene

mere auf der Basis von Polyhydroxyalkano-

Solche Produkte müssen hohe qualitative

Reststoffe, etwa Abfallfette, in technisch nutzbare Polyester umgesetzt. Molekulargenetisch modifizierte Mikroorganismen dienen dabei als Biokatalysatoren. Es entsteht aber keine Konkurrenz zur Lebensmittelindustrie, da biogene Reststoffe als Substrat eingesetzt werden. Mit Hilfe chemischer Reinigungsprozesse und einer umfangreichen Werkstoffoptimierung entwickelte die Arbeitsgruppe eine neuartige Werkstofffamilie, die den Anforderungen an technische Kunststoffe entspricht. Die Wissenschaftler konnten die erdölbasierten Synthesebestandteile komplett ersetzen und verfolgten dann das Ziel, einen umweltverträglichen Recyclingprozess zu ermöglichen.

►►Natürliches Recycling Die entwickelten Kunststoffe werden nicht nur durch Mikroorganismen vollständig synthetisiert, sie können auch durch natürlich vorkommende Mikroorganismen abgebaut werden. Dabei sind sie nicht an spezifische

Mittels Pikosekundenlaser abtragend mikrostrukturierte PGLA-Probe

FUTUR 2/2015

Versuchsanlage auf Basis einer Battenfeld Microsystem 50 Mikrospritzgussanlage

Ansprüche erfüllen. Um den Anforderun-

konnten die beteiligten Biotechnologen

ermöglicht das Institut den Transfer aktuells-

gen an Form- und Lagetoleranzen, Ober-

die Werkstoffeigenschaften weiter anpas-

ter produktionstechnologischer Entwicklun-

flächenqualität oder Reproduzierbarkeit zu

sen und modifizieren. Damit wurde die Vor-

gen in innovative medizinische Applikationen.

genügen, sind hochspezialisierte Replika-

aussetzung für eine replikative Verarbeitung

Die hier beschriebenen Anwendungsfälle

tionsprozesse notwendig. Um den Werk-

und Anwendung geschaffen.

stehen exemplarisch für Innovationsfelder

stoffeigenschaften zum Beispiel hinsichtlich

mit wachsender Bedeutung: den Einsatz

der Duktilität gerecht zu werden, müssen

►►Medizinische Anwendungen

neuartiger Biopolymere zur Optimierung des

Plastifizierungs- und Verarbeitungsparame-

In einem weiteren Projekt werden Techno-

Produktlebenszyklus von Kunststoffproduk-

ter angepasst werden. Darüber hinaus ent-

logien zur Be- und Verarbeitung von medi-

ten des täglichen Lebens und die Entwick-

wickelt die Arbeitsgruppe Werkzeug- und

zinisch relevanten Polyester wie beispiels-

lung von Fertigungsverfahren zur Verarbei-

Prozesstechnologien, welche aktuelle Verar-

weise Poly (DL-lactide-co-glycolide)

tung von abbaubaren Polymeren für

beitungstrends wie Variothermspritzgießen

entwickelt. Diese werden innerhalb kürzester

medizinische Anwendungen.

oder Spritzprägen auf die Verarbeitung von

Zeit im Körper abgebaut und ermöglichen

neuartigen Biopolymeren anwenden. Die

somit völlig neuartige Anwendungen im

hierfür eingesetzte Maschinentechnik muss

Hinblick auf Kurzzeitimplantate. Im beson-

deutlich präziser als handelsübliche Spritz-

deren Fokus befinden sich Technologien zur

gusssysteme sein. Die Maschinenkomponen-

Erzeugung von Mikrostrukturen mit Hilfe

ten werden auch kaum elektrisch beheizt,

abtragender oder urformender Fertigungs-

Ihr Ansprechpartner

wie sonst üblich. Indem mit verschiedenen

prozesse. Das Fraunhofer IPK kooperiert

Christoph Hein

molekularen Zusammensetzungen und Auf-

dabei eng mit Forschungspartnern, die im

Telefon: +49 30 39006-405

reinigungsprozessen experimentiert wurde,

Bereich der Humanmedizin aktiv sind. Somit

christoph.hein@ipk.fraunhofer.de

Forschung und Entwicklung

Mikroproduktionstechnik

Mikroproduktion meets Biotechnologie Am Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik AMP des Fraunhofer IPK beschäftigt sich seit fünf Jahren die Arbeitsgruppe Produktionstechnik für die Biotechnologie mit der Verknüpfung von mikroproduktionstechnischen Themen, die eine Anwendung in der Biotechnologie finden. Oder anders gesagt: mit biotechnologischen Fragestellungen, die eine produktionstechnische Lösung benötigen. Die Biotechnologie ist laut OECD-Definition eine Anwendung von Wissenschaft und Technik auf biologische Systeme zur Herstellung von Gütern und zur Bereitstellung von Dienstleistungen. Sie zählt damit nach wie vor zu jenen Schlüsseltechnologien, die als Wachstumsmotor und als nachhaltige Produktionsweise besondere Förderung durch die Hightech-Strategie der Bundesregierung erfahren.

Deutsche Biotechnologie-Unternehmen

unterschiedliche Herangehensweisen und

haben ihre Schwerpunkte in der Gesund-

Lösungswege zu verstehen und gewinnbrin-

heits- und Medizinbranche, der industriel-

gend einzusetzen. Die Biotechnologen lern-

len Biotechnologie und in biotechnologisch

ten, ihre Aufgabenstellungen so zu formulie-

orientierten Dienstleistungsunternehmen.

ren, dass sie von den Fertigungstechnologen

Die industrielle Biotechnologie stellt bioba-

umgesetzt werden konnten. Dazu müssen

sierte Produkte in großen Maßstäben her.

sie genaue Maße und Parameter vorgeben.

Dazu zählen Enzyme, Vitamine, Fein- und

Andererseits lernten die Fertigungstechnolo-

Bulkchemikalien, Wirkstoffe für Kosmetika,

gen, dass nicht alle Einflussgrößen bei einem

Nahrungsmittelzusatzstoffe und organische

biologischen Experiment voraussehbar sind,

Säuren wie Zitronen- oder Milchsäure. In der

da biologische Systeme viel zu komplex sind.

Medizin- und Gesundheitsbranche konzen-

Die Stärke der Gruppe liegt gerade darin,

trieren sich die biotechnologischen For-

dieses Wissen zu kombinieren und in den

schungs- und Entwicklungsaufgaben zum

Projekten umzusetzen.

5 µm

Beispiel auf diagnostische Verfahren zur molekulargenetischen Detektion von Krank-

Als sehr gutes Beispiel erweist sich das der-

heiten oder auf die Herstellung von minia-

zeit bearbeitete Projekt zur Blutplasma

turisierten Zellmodellen für die Entwicklung

separation. Eine schnelle und qualitativ

und Austestung von neuen Impfstoffen und

hochwertige Separation des Plasmas vom

Arzneimitteln. Auch die Verbindung von Bio-

Vollblut wird für verschiedene innovative

technologie und Medizintechnik, zum Bei-

und nicht-invasive Diagnosemethoden

spiel bei der Funktionalisierung von Implan-

benötigt. Die Untersuchung von Blutplasma,

tatoberflächen, ist hier ein wichtiges Thema.

auch als »liquid biopsy« bezeichnet, erhöht die Sensitivität in der Tumor- und Posttrans-

►►Innovative Diagnosemethoden

plantationsdiagnostik und umgeht die Ent-

Zunächst galt es in der Arbeitsgruppe Pro-

nahme von Zellgewebe unter anderem auch

5 µm

Fluoreszenzmikroskopische Bilder von Bakterien mit unterschiedlichen Farbstoffen

duktionstechnik für die Biotechnologie, in

in der pränatalen Diagnostik. Das Ziel des

Rahmenbedingungen festgelegt. Die For-

der sowohl Biotechnologen als auch Ferti-

Vorhabens ist die Optimierung und Herstel-

scher entwarfen die notwendigen mikro-

gungstechnologen arbeiten, eine gemein-

lung einer mikrofluidischen Separationsme-

fluidischen Strukturen für eine erfolgreiche

same Sprache zu finden. Die Wissenschaftler

thode für die Gewinnung von Blutplasma

Trennung und testeten eine Prozesskette zur

loteten Themenfelder aus, die interdiszip-

als point-of-care Separationsmodul. Dafür

Herstellung der Strukturen über Lithogra-

linär bearbeitet werden können. Für das

wurden zunächst zusammen mit den Bio-

phie und Galvanik. Die so erfolgreich herge-

gemeinsame Verständnis war es wichtig,

technologen und medizinischen Anwendern

stellten Prüfmuster konnten direkt von den

FUTUR 2/2015

Mikrofluidikkanäle zur fluiddynamischen Abtrennung von Blutplasma

Blutplasmaseparator im Versuchsbetrieb

Kollegen aus der Biotechnologie getestet

►►Mikrobiologie technischer Fluide

die eingesetzten Biozide schützt. Es ist also

und die Qualität des separierten Blutplasmas

Etwas anders ausgerichtet ist ein drit-

meist nur ein Teil der aus dem Biofilm gelös-

ermittelt werden. In einem weiteren Schritt

tes Thema, mit dem sich die Gruppe von

ten Bakterien, der mit den herkömmlichen

wird daran gearbeitet, den Herstellungspro-

Anfang an beschäftigt hat. Im Fokus steht

Tests ermittelt werden kann. Es besteht

zess auf den Spritzguss und eine mögliche

die mikrobielle Kontamination von techni-

daher ein dringender Handlungsbedarf, die

Serienfertigung zu adaptieren.

schen Fluiden, wie Schmierstoffen, Farben

Reinigung von Kühlschmierkreisläufen und

oder Lacken. Besonders wichtig sind hier -behältern zu optimieren, die mikrobiologi-

►►Effektive Zellaufschlussverfahren

wasserbasierte Kühlschmierstoffe, deren

sche Überprüfung an das Vorhandensein

In der industriellen Biotechnologie verbleiben

Behälter und Kreisläufe in den vergange-

von Biofilmen anzupassen und, in einem

die gewünschten Syntheseprodukte häufig

nen Jahren ausführlich untersucht und Kon-

nächsten Schritt, die Behälter und Leitungen

in den Zellen, so dass diese aufgeschlossen

taminationsursachen ermittelt wurden. Aus

so auszulegen, dass eine Biofilmbildung

und die Produkte isoliert werden müssen.

diesen Ergebnissen leiten die Forscher Hand-

erschwert wird.

Diese Schritte werden als Downstream-Pro-

lungsmöglichkeiten ab, um das Wachstum

zesse zusammengefasst. Derzeit fallen etwa

der Mikroorganismen mit seinen negati-

70 Prozent der Kosten biotechnologischer

ven Folgen zu vermeiden. Hier stehen also

Prozesse im Downstream an. Die Arbeits-

zunächst die Mikroorganismen und nicht die

gruppe untersucht deshalb einen effiziente-

Mikrostrukturen im Vordergrund.

ren Einsatz der Hochdruckhomogenisation als mechanischem Zellaufschlussverfahren.

Wasserbasierte Kühlschmierstoffe werden

Unter anderem wird derzeit ein Prototyp

regelmäßig auf die Anwesenheit von Bak-

weiterentwickelt, der es ermöglichen soll

terien untersucht. Bei einer zu hohen Kon-

die einwirkende Aufschlusskraft individuell

zentration werden Biozide nachdosiert oder

anzupassen. Hierbei werden vor allem Mög-

der Kühlschmierstoff wird durch einen

lichkeiten in der Änderung der Prozessfüh-

neuen ersetzt. Die Langzeituntersuchungen

rung betrachtet. Auch kleinste Änderungen

in der Arbeitsgruppe ergaben allerdings,

in der Geometrie und den Oberflächen der

dass nur ein Bruchteil der Bakterien in der

Ventile können den Aufschluss effizienter

Flüssigkeit selbst vorhanden ist. Die meisten

gestalten und Verschleiß an den Ventilen

Bakterien befinden sich auf den Innenwän-

verhindern. Neue Entwicklungen werden

den der Behälter und Zuleitungen. Dort bil-

dann sofort getestet und können zum Bei-

det sich ein Biofilm, der wie ein zäher

Ihre Ansprechpartnerin

spiel für die Gewinnung von Zell-Lysaten für

Schleim auf den Oberflächen sitzt, schlecht

Dr.-Ing. Anja Spielvogel

die zellfreie Proteinsynthese oder die Isola-

durch Reinigung zu entfernen ist und zusätz-

Tel.: +49 30 39006-403

tion von Bioplastik-Granulaten aus R. eutro-

lich die Bakterien vor der Abtötung durch

anja.spielvogel@ipk.fraunhofer.de

pha eingesetzt werden.

Interview

Präzisionskunststoffteile für Automotive, Medizintechnik und Elektrotechnik Die Kunststoffindustrie rangiert mit einem Jahresumsatz von rund 59 Milliarden Euro auf dem neunten Platz der wichtigsten Industriebranchen Deutschlands. Mit circa 311 000 Beschäftigten in über 2 866 Betrieben ist sie vorwiegend mittelständisch geprägt. FUTUR sprach mit Mario Cuba, Geschäftsführer des Familienunternehmens Cuba Kunststoffverarbeitung, über Faszination und Erfolg moderner Mikrospritzgusstechnologien.

FUTUR: Ihre Firma ist auf den Spritzguss

Kenntnissen, langjährigen Erfahrungen und

und Dienstleistungen an erster Stelle. In Zei-

von technischen Kunststoffteilen spezialisiert.

Fähigkeiten – auch in Zusammenarbeit mit

ten, in denen Produkte und Service immer

Welche Leistungen bieten Sie Ihren Kunden? Mario Cuba: Wir sind Hersteller technischer

unseren Kooperationspartnern – setzen wir

höhere und präzisere Qualitätsansprüche

die Ideen unserer Kunden kreativ und enga-

erfüllen müssen und auch der internationale

giert in innovative Lösungen um.

Kunststoffteile im Kunststoffspritzgießverfahren. Als Dienstleister fertigen wir Pro-

Wettbewerb mit jedem Tag wächst, nimmt der Stellenwert eines ganzheitlichen Quali-

FUTUR: Was ist Ihr Erfolgsrezept?

dukte aus allen handelsüblichen Thermo-

tätsmanagements als ein bedeutender Wettbewerbsfaktor weiter zu. Wir sind zertifiziert

plasten und Elastomeren wie ABS, CA, PP,

Cuba: Schon die ersten Schritte auf dem

nach DIN EN ISO 9001:2008. Durch unsere

PE, PC, PA, PMMA, POM, PPS, PBT, SAN,

Weg zu neuen Produkten stellen die Wei-

Kunden werden wir regelmäßig durch Kun-

TPE u.v.m. 1990 als One-Man-Business-

chen für den späteren wirtschaftlichen

denaudits nach DIN ISO/TS16949 bzw. ISO

Show in einer kleinen Werkstatt begon-

Nutzen und den Erfolg im Markt. Bereits

13485 auditiert.

nen, ist die Firma Cuba Kunststoffverar-

in der Anfangsphase neuer Entwicklun-

beitung heute zu einem mittelständischen

gen können wir unseren Kunden als kom-

FUTUR: Was macht für Sie die Faszination Feinwerktechnik aus?

Unternehmen einschließlich Berufsausbil-

petenter Partner zur Seite stehen und bie-

dung mit über 20 Mitarbeitern gewachsen.

ten umfangreiche individuelle Leistungen

Kunststoffspritzgießmaschinen der Firma

an. Mit DTL Werkzeugbau haben wir einen

Cuba: Tagtäglich sind wir umgeben von

ARBURG mit Schließkräften bis 100 Tonnen

Kooperationspartner im Bereich Konstruk-

Kunstoffen. Teils in sehr einfacher Form

produzieren hier im Schichtbetrieb Präzisi-

tion und Werkzeugbau. Das umfangreiche

einer Schale oder eines Löffels, aber auch

onskunststoffteile für ein breites industriel-

Fachwissen, ein großes Potenzial an Kreati-

kompakten Baugruppen. Nehmen wir zum

les Spektrum wie zum Beispiel Automotive,

vität und eine Ausstattung mit modernster

Beispiel den Kombischalter eines Motor-

Medizintechnik oder Elektrotechnik.

CAD-Technik ermöglichen es unseren Kons-

rades am Lenker. Wo früher Licht, Blinker

trukteuren, kunststoffgerechte Lösungen zu

und Hupe Platz fanden, haben wir heute

konstruieren. Bereits bei der Gestaltung der

weit mehr Funktionen unterzubringen.

sche Herstellung von Präzisionskunststofftei-

Kundenprodukte berücksichtigen und inte-

Tempomat, Bordcomputer, ABS oder Len-

len, aber auch die Umspritzung diverser Ein-

grieren wir alle weiteren Leistungsmerkmale,

kerheizung sind neue Features, welche vom

legeteile wie Kabel, Folien-Hinterspritzung

die über die reine Artikelgestaltung hinaus-

Kunden gewünscht werden. Von außen

(IML), Metallteile (Metall-Insertverfahren)

gehen, denn nur ein perfekt durchdachtes

betrachtet ein einfacher Schalter, aber aus

oder auch die 2-Komponenten-Fertigung.

Produkt wird später durch Form, Funktion

Sicht der Konstruktion eine feinwerktechni-

Diese legiert unterschiedliche Materialien

und wirtschaftliche Herstellung zum Erfolg.

sche Herausforderung – ein Zusammenspiel

Weich-Verbindungen möglich und unter-

Höchste Kundenzufriedenheit ist bei uns

aus Kunststoff, Metall und Elektronik, mon-

schiedliche Farben kombinierbar. Wir bie-

außerdem das Ergebnis einer permanenten

tiert auf engstem Raum, mit dem Anspruch

ten unseren Kunden individuelle Beratung

Qualitätskontrolle und ständiger Verbesse-

unter allen denkbaren Umwelteinflüssen wie

Zu unseren Leistungen gehören die klassi-

zu einem Bauteil. Dabei sind auch Hart-

unterschiedlichster Materialen und Bauteile

von der Idee bis zum fertigen Serienpro-

rung des QM-Systems. Seit der Gründung

Kälte, Hitze, Feuchtigkeit und Staub tadel-

dukt und begleiten sie auch während des

des Unternehmens Cuba Kunststoffverarbei-

los zu funktionieren. Es sind unter anderem

Produktionsprozesses weiter. Mit unseren

tung steht die Qualität unserer Erzeugnisse

die Toleranzketten solcher Baugruppen und

FUTUR 2/2015

deren Einhaltung, die die Faszination Fein-

aufgebaut. Die Zusammenarbeit mit dem

werktechnik ausmachen. Oder werfen wir

Fraunhofer IPK ermöglicht uns und unseren

einen Blick in Richtung Optik und Analytik,

Kunden den Zugriff auf eine Forschungsein-

wo Einzelteile und Systeme im Mikrospritz-

richtung und ist somit ein weiterer Baustein

guss hergestellt und vermessen werden

im Entwicklungsprozess.

müssen. Strukturen im Mikrometerbereich stellen hier besondere Ansprüche an Mess-

FUTUR: Sie behaupten sich als kleiner mit-

technik und Prozesse. Immer kleiner, kom-

telständischer Familienbetrieb seit 1990

pakter und kombinierbarer – was heute

auf dem Markt. Was sind Ihre Ziele für die

Mario Cuba ist gebürtiger Berliner und

noch nicht möglich ist zu entwickeln, dass

nächsten 25 Jahre?

machte nach seinem Realschulabschluss 1991

macht die Faszination an der Feinwerktech-

Zur Person

eine Berufsausbildung zum Energieelektro-

nik für uns aus.

Cuba: Zurzeit planen wir eine Standorter-

niker, Fachrichtung Anlagentechnik bei der

weiterung, da unsere aktuellen Kapazitä-

Deutschen Bahn. Anschließend arbeitete er als

FUTUR: Welche Rolle spielen Forschung

ten erschöpft sind. Nach derzeitiger Planung

Data Service Engineer und International Project

und Entwicklung in Ihrem Unternehmen?

sollte uns diese im ersten Quartal 2016 zur

Manager bei Colt Telecom. Von 2003 bis 2006

Verfügung stehen. Was sich in der Vergan-

absolvierte er ein berufsbegleitendes BWL-

Cuba: Da wir keine eigenen Produkte haben,

genheit bewährt hat, wollen wir auch in

Studium zum Diplom-Betriebswirt (VWA) und

betreiben wir keine direkte Forschung und

der Zukunft beibehalten. Das ist eine breite

trat 2006 in den Familienbetrieb seines Vaters,

Entwicklung. Im Zuge neuer Kundenpro-

Branchenvielfalt, aber auch die weiterhin

Dietmar Cuba Kunststoffverarbeitung, ein. Im

jekte arbeiten wir sehr eng mit den Entwick-

hoch flexible Bedienung unserer Kunden.

November 2008 übernahm Mario Cuba die

lungsabteilungen unserer Kunden zusam-

Mit der neuen Kapazität wollen wir ver-

rechtliche und geschäftliche Nachfolge und ist

men und sind meist sehr frühzeitig in einem

stärkt die Integration weiterer Wertschöp-

seitdem Geschäftsführer von Cuba Kunststoff-

fungen wie System- und Baugruppenferti-

verarbeitung.

solchen Projekt mit eingebunden.

gung anbieten, wie es verstärkt vom Markt FUTUR: Wie bewerten Sie die Zusammen-

verlangt wird.

arbeit mit Fraunhofer? Cuba: Wir haben das Fraunhofer IPK im Zuge eines Forschungsprojektes einer unserer Kunden kennen gelernt. Ziel des Projektes war die Entwicklung und Herstellung eines mikrofluidischen Systems. Neben der sehr angenehmen und konstruktiven Zusam-

Kontakt

menarbeit im Projekt ergaben sich weitere

Mario Cuba

Synergien. Insbesondere im Bereich der Pro-

Telefon: +49 33931 347-34

duktionssysteme, Messtechnik und Analyse

info@kunststoff-cuba.de

wurde eine weitere intensive Kooperation

www.kunststoff-cuba.de

Partnerunternehmen

Scholz – Hightech in Kunststoff Die Horst Scholz GmbH & Co. KG produziert Hightech in Kunststoff. Technische Präzisionsteile, Mikro-, Verzahnungs- und Medizintechnik sind die Schwerpunkte des Unternehmens aus Kronach in Nordbayern. Oberste Priorität hat eine hohe Qualität, die mit zahlreichen Maßnahmen und einem umfassenden Managementsystem gesichert wird. Der inhabergeführte Betrieb setzt auf ein hochqualifiziertes Team und Produktion in Deutschland, von wo aus Kunden in aller Welt beliefert werden. Wie beim Umgang mit den Mitarbeitern ist auch in der Produktion Innovation ein wichtiges Thema, betont Ebert. So geht der Trend in den letzten Jahren in Richtung Mikrotechnik, die auch in der Medizintechnik an Bedeutung gewinnt. Dabei handelt es sich nicht nur um eine Verkleinerung der Bauteildimensionen. Vielmehr sind völlig neue Fertigungstechnologien gefordert – vom Formenbau bis zur Entformung und Handhabung der Artikel. Gerade in der Mikrotechnik, aber auch bei den übrigen Produkten ist Präzision als Hauptkriterium der Qualität das A und O. Das Renommee von Scholz beruht wesentlich auf der überragenden Qualität seiner Scholz wurde 1974 in Marktrodach gegrün-

groß sind der Zusammenhalt in der Beleg-

det und zog 1982 nach Kronach um. Die

schaft und die Identifikation jedes Einzelnen

basiert. Selbstverständlich werden die Bau-

über 40 Jahre Erfahrung spürt man in allen

mit dem Unternehmen sowie seinen Zielen.«

teile in Reinräumen mit genau definierten

Top-Experten mit einem Know-how, das

Für Ebert sind es die Atmosphäre bei Scholz,

Werkzeug- und Formenbau gibt dem Unter-

in Kombination mit einem außergewöhn-

die Herausforderung durch ständige Neu-

nehmen die Kontrolle von der ersten Idee bis

lich hohen Engagement für entscheidende

entwicklungen, der Erfolg auf dem Welt-

zur Serienfertigung. Hinsichtlich Dokumen-

Bereichen des Betriebs. Hinzu kommen

Erzeugnisse, die auf verschiedenen Faktoren

Umweltbedingungen produziert. Ein eigener

Wettbewerbsvorteile sorgt. »Wir sehen uns

markt und vieles mehr, was sich zu einem

tationen, Risikomanagement, etc. geht man

als große Familie«, sagt der Technische Lei-

motivierenden Ganzen fügt. Entsprechend

über die einschlägigen Normen hinaus. Dazu

ter Karl-Herbert Ebert. »Und entsprechend

gering fällt die Fluktuation im Team aus – ein

kommen Hochleistungsspritzgießmaschinen

Indiz für die »Balance von Fordern und Aner-

und Messtechnik auf dem neuesten Stand,

kennung«, wie Ebert findet. Weil Wissen

inklusive Computertomografen.

das wichtigste Kapital des Unternehmens Kontakt

ist, legt Scholz Wert auf kontinuierliche

Das Qualitätsmanagement ist exemplarisch

Scholz GmbH & Co. KG

Aus- und Weiterbildung. Zudem erhalten die

für die Philosophie von Scholz, die Begriffe

Nalser Straße 39

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter über die

wie Nachhaltigkeit, Verlässlichkeit, Transpa-

96317 Kronach

eigentliche Arbeit hinaus Rückendeckung,

renz und Verantwortungsbewusstsein

Telefon: +49 9261 6077-0

denn Scholz ist regionaler Partner der Initia-

beschreiben. »All das prägt unsere tägliche

E-Mail: info@scholz-htik.de

tive »Lebensqualität für Generationen« und

Arbeit«, so Ebert, »und wird dies, da sind

der »Initiative gesunder Betrieb«.

wir konservativ, auch morgen tun.«

www.scholz-htik.de

Laborporträt

FUTUR 2/2015

Bio-Produktionslabor Produktionstechnik für die Biotechnologie Die Biotechnologie zählt nach wie vor zu jenen Schlüsseltechnologien, die als Wachstumsmotor besondere Förderung durch die Hightech-Strategie der Bundesregierung erfahren. Am Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik AMP des Fraunhofer IPK wurde von 2009 bis 2014 im Rahmen der Investitionen in die Forschungsinfrastruktur eine Nachwuchsgruppe unter dem Namen »PrE-BioTec« vom BMBF gefördert. Sie beschäftigt sich mit der Verknüpfung von Biotechnologie und klassischen Ingenieurwissenschaften. Wissenschaftler der Fachgebiete Fertigungstechnik, Werkstoffwissenschaften, Biologie und Mikrobiologie entwickeln innovative Verfahren zur Anwendung im industriellen Kontext.

►►Ausstattung und Methoden –– Reinraumbedingungen nach DIN ISO 7 und S1 Labor der Biotechnologie –– Molekulargenetik – Untersuchung von DNA, RNA und Proteinen: –– Klassische PCR und Real Time PCR –– DNA Analysen (Elektrophorese, Imager), DNA-Isolierung –– Expressionsanalysen (Gelelektro phorese, Blottingverfahren) –– Photometer, Mikrotiterplattenreader (Molecular Devices, Filter Max F5) –– Mikrobiologie: –– Sicherheitswerkbank / Sterilbank –– Anzucht von Mikroorganismen Als ein Ergebnis der Infrastrukturmaßnahme

►►Forschung und Entwicklung

–– Fluoreszenzmikroskop

entstand am AMP neben einem Reinraum

–– Herstellung und Verarbeitung

–– Autoklav

ein »Bio-Produktionslabor« und damit die Voraussetzung für interdisziplinäre Projekte

von Biopolymeren –– Mikrobiologische Untersuchung und

mit umfangreichen produktionstechnischen

Management von technischen Fluiden,

Inhalten aus den Bereichen Beschichtung,

insbesondere Kühlschmierstoffen

Mikrospritzguss, Anlagenbau und Messtech-

–– Zellfreie Proteinsynthese: Verfahren

nik. Im Bio-Produktionslabor unterstützen

und Technologien zur Synthese von

die AMP-Experten ihre Kunden bei der

Proteinen, die auf den Einsatz vitaler

Durchführung von mikrobiologischen Unter-

Mikroorganismen verzichten

suchungen sowie der Entwicklung von schnellen und einfachen Testverfahren. Sie

–– Entwicklung und Optimierung von

–– Stammhaltung –– Enzymkonservierung –– Feinwaage –– Bioverfahrenstechnik: –– Fermenter »Biostat B Single MO 2L« –– HighSpeed Zentrifuge Avanti® J30I (G-Zahl 110.000) –– Hochdruckhomogenisator, Probenvolumen 2 bis 15 ml

mikrofluidischen Systemen

entwickeln speziell angepasste Detektions-

–– Replikative Fertigung von biotechnolo-

systeme und bieten zudem fundierte For-

gischen und medizintechnischen Struk-

schungs- und Entwicklungsdienstleistungen

turen mittels Spritzguss

auf dem Gebiet der Miniaturisierung und

Ihre Ansprechpartnerin

Systemintegration an.

Dr.-Ing. Anja Spielvogel Tel.: +49 30 39006-403 anja.spielvogel@ipk.fraunhofer.de

Ereignisse und Termine

Frauen vor! Femtec-Veranstaltungen am Fraunhofer IPK MINT – das steht für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik. Nur jede Dritte aller Studierenden in diesen Bereichen ist eine Frau. In der Forschung ist es sogar nur jede Fünfte. Gemeinsam mit dem Femtec-Hochschulkarrierezentrum für Frauen möchte das Fraunhofer IPK das ändern und mehr Mädchen für die MINTFächer motivieren! Am 20. März hatten deshalb zahlreiche Schülerinnen und Studentinnen die Gelegenheit, sich vor Ort über unsere Forschung zu informieren. Über 100 technikbegeisterte junge Frauen kamen für den Femtec-Alumnae Networking-Day ans Fraunhofer IPK. Nach einer Podiumsdiskussion im Hörsaal zum Thema »Energie freisetzen – Ideen umsetzen« ging es für einen Abendimbiss und ein aktives Netzwerken ins Versuchsfeld. Schon wenige Tage später durften wir wiederum 45 Studentinnen begrüßen, die im Rahmen einer Unternehmensexkursion das Fraunhofer IPK als potenziellen zukünftigen Arbeitgeber besichtigten.

Ihr Ansprechpartner

Erst zuhören, dann selbst reden: die Teilnehmerinnen des Networking-Days (Foto: Femtec/Jacek Ruta)

Steffen Pospischil Telefon: +49 30 39006-140 steffen.pospischil@ipk.fraunhofer.de

Der Kunde im Mittelpunkt Hannover Messer 2015 Fit für die kundenindividuelle Produktion – auf der Hannover Messe zeigte das Fraunhofer IPK vom 13. bis 17. April, wie produzierende Unternehmen dieses Ziel erreichen. Der Schlüssel: flexible Prozesse und Technologien von der Administration bis in die Fertigung. Drei Geschäftsfelder des Instituts demonstrierten gemeinsam, wie Flexibilität durchgängig im gesamten Unternehmen verankert werden kann. Das »Industry Cockpit« aus dem Geschäftsfeld Unternehmensmanagement macht Prozesse in allen Unternehmensbereichen jederzeit an auftragsspezifische Erfordernisse und Wünsche anpassbar. Technologien der Geschäftsfelder Automatisierungstechnik und Produktionssysteme machen Industrieroboter zu Bearbeitungsmaschinen, die schnell und kostengünstig für die Fertigung

Fraunhofer-Vorstandsmitglied Prof. Alexander Verl (2. v. l.) und Prof. Uwe Clausen, Leiter Fraunhofer IML (1. v. l.) informierten sich bei IPK-Experte Gerhard Schreck über den Demonstrator. (Foto: Tobias Herbst)

immer neuer Produkte und Produktvarianten eingerichtet werden können – wirtschaftlich selbst bei kleinen Stückzahlen. Die auf der

mit dem Industry Cockpit die Strukturen, das Verhalten und die

HMI gezeigte Kombination von Industry Cockpit und hochflexiblem

Entscheidungsregeln einer intelligenten und vernetzten Produk-

Bearbeitungsroboter fand großen Anklang. Vor allem ausländische

tion abgebildet und auf dieser Grundlage Produkte, Maschinen,

Delegationen aus China und Lateinamerika waren beeindruckt, wie

Informationssysteme und Menschen miteinander verknüpft werden.

FUTUR 2/2015

Im Dienste der Menschenrechte Chilenische Delegation informiert sich über Fraunhofer Reko-Technologie Im Rahmen ihrer Delegationsreise für ein Auslandsprojekt zum Thema »Menschenrechte« besuchten Anfang Mai Dr. Patricio Bustos Streeter, Nationaldirektor des Rechtsgesundheitsdienstes Chiles, Jaime Madariaga, Leiter der Menschenrechtsabteilung des chilenischen Justizministeriums und Iván Couso, Leiter der Internationalen Kooperationseinheit des Justizministeriums sowie Vertreter der Botschaft Chiles das Fraunhofer IPK. Nach einer kurzen Einführung in das Projekt der automatisierten virtuellen Rekonstruktion zerrissener Stasi-Unterlagen konnten sich die Gäste bei einer Live-Demonstration im SecVerification Lab und an den Lektoratsplätzen selbst von der Technologie überzeugen. Die Potenziale der Technologie für die Aufarbeitung von Gewaltregimen und die Wiederherstellung kultureller Güter standen anschließend im Mittelpunkt der Gespräche. Die chilenischen Gäste waren dabei vor allem an den Anwendungsmöglichkeiten von Bildanalyse- und Mustererkennungsmethoden, beispielsweise Gesichts- und Handschriftenerkennung, für die Identifizierung von Opfern von Militärdiktaturen interessiert. Wie die Rekonstruktionstechnologien des Fraunhofer IPK bei der

IPK-Experte Jan Schneider (links) im Gespräch mit Dr. Patricio Bustos Streeter, Leiter der chilenischen Menschenrechtsdelegation (mitte)

Aufarbeitung von Gewaltregimen helfen können, wird auch Thema eines Workshops im Herbst 2015 in Santiago de Chile sein.

Ihr Ansprechpartner Dr.-Ing. Bertram Nickolay Telefon: +49 30 39006-201 bertram.nickolay@ipk.fraunhofer.de

AMP auf der 15. Internationalen euspen Konferenz Die älteste und größte Universität Flanderns, KU Leuven, war vom 1. bis 5. Juni Gastgeberin der 15. Internationalen euspen Konferenz in Belgien. Die European Society for Precision Engineering and Nanotechnology (euspen) bringt alljährlich weltweit führende Experten aus Industrie und Wissenschaft auf dem Gebiet der Mikro- und Ultrapräzisionsbearbeitung zusammen. Das Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik AMP des Fraunhofer IPK präsentierte u. a. seine neuesten FuE-Ergebnisse in der Mikrozerspanung und Maschinenentwicklung. Auf besonderes Interesse stießen ein innovatives Maschinenkonzept für die beidseitige Bearbeitung von rotationssymmetrischen Werkstücken sowie ein neuer Schneidstoff aus Japan, der am AMP zur Zerspanung von Hartmetall eingesetzt wird. Ihr Ansprechpartner Dr.-Ing. Dirk Oberschmidt Telefon: +49 30 39006-159 dirk.oberschmidt@ipk.fraunhofer.de

Ereignisse und Termine

Exportschlager Industrie 4.0 Fraunhofer IPK und Jiangsu Economic and Information Technology Commission unterzeichnen Memorandum of Understanding

Prof. Holger Kohl, Prof. Eckart Uhlmann (beide Fraunhofer IPK) und Xu Yiping, General Director JSEIC unterzeichneten das MoU (vordere Reihe von links) im Beisein von Li Xueyong, Gouverneur von Jiangsu (hintere Reihe, 4. von rechts).

Hoher Besuch aus dem Reich der Mitte: Der Gouverneur der Provinz Jiangsu, Li Xueyong, war mit einer Delegation von Vertretern aus Wirtschaft und Politik am 15. Juni zu Gast im Fraunhofer IPK. Grund seines Besuchs war die Unterzeichnung eines Memorandums of Understanding über die zukünftige Zusammenarbeit von Fraunhofer IPK und JSEIC – Jiangsu Economic and Information Technology Commission im Bereich Industrie 4.0. Darin vereinbaren beide Parteien, in den nächsten zwei Jahren gemeinsame Strategien für die Standardisierung von Industrie 4.0 zu entwickeln sowie den Austausch und die Kooperation auf dem Gebiet intelligenter Fertigungs- und IuK-Technologien zu stärken. Ziel ist es, ein Industrie 4.0 Anwendungszentrum als Showcase für neueste Technologien und Anwendungsszenarien in der Provinz Jiangsu zu etablieren. Internationale Konferenzen zu Intelligent Manufacturing und Industrie 4.0 vor Ort sollen darüber hinaus Experten, Wissenschaftler und Unternehmer zusammenbringen und den Dialog zwischen Jiangsu und Deutschland fördern. Außerdem wird das Fraunhofer IPK die chinesischen Partner bei der Entwicklung eines Industrie 4.0 Ausbildungsprogramms unterstützen und die Gesamtstrategiefindung für »Smart Production and Internet+« für die Provinz Jiangsu im Kontext von »Made in China 2025« begleiten. Ihr Ansprechpartner Prof. Dr.-Ing. Holger Kohl Telefon: +49 30 39006-233 holger.kohl@ipk.fraunhofer.de Das PTZ Versuchsfeld hinterließ Eindruck beim Gouverneur: vorn Institutsleiter Prof. Eckart Uhlmann, links dahinter Li Xueyong.

FUTUR 2/2015

Instandhaltung elektronischer Komponenten Abschlusspräsentation des Verbundprojekts INPIKO Die Wartung und Instandhaltung langlebiger Wirtschafts- und Kon-

Das kostet Zeit, Geld und führt häufig zu fehlerhaften Ergebnissen.

sumgüter im Schienen- und Fahrzeugbau, der Luftfahrtindustrie

Experten des Fraunhofer IPK entwickelten deshalb gemeinsam mit

und dem Anlagenbau wird durch die wachsende Durchdringung

Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft eine innovative Prozess-

mit elektronischen Komponenten erschwert. Ein Hauptproblem

kette für Instandhaltungsunternehmen, mit der sie investitionsinten-

besteht darin, dass die für die Erstellung von Prüfplänen und Repara-

sive und obsolete PCBs bei Nichtverfügbarkeit von Dokumentation

turen von PCBs (Printed Circuit Boards) notwendigen Schalt-, Layout-

oder Schaltplänen (ECAD-Daten) inspizieren, reparieren und gege-

und Bestückungspläne häufig nicht verfügbar sind. Die fehlenden

benenfalls nachentwickeln können.

Unterlagen werden gegenwärtig meist aufwändig nachmodelliert. Die Ergebnisse des vom BMWi geförderten Verbundprojekts »Integrierte Prozesskette für die Instandhaltung elektronischer Komponenten« (kurz: INPIKO) wurden am 8. Juli in Karlsfeld präsentiert. Live-Demonstrationen der Partnerunternehmen Lacon, Digitaltest, in-situ und EasyLogix sowie von Fraunhofer IPK und IWF TU Berlin veranschaulichten die nunmehr automatisierte und zerstörungsfreie Erstellung von fehlerfreien Netzlisten, Schalt- und Layoutplänen.

Ihr Ansprechpartner Dipl.-Ing. Hendrik Grosser Telefon: +49 30 39006-295 hendrik.grosser@ipk.fraunhofer.de Platine mit SMD-Komponenten

Top-Platzierungen für Fraunhofer beim 14. Berliner Firmenlauf Rund 150 Läuferinnen und Läufer von »Fraunhofer in Berlin« nahmen am 12. Juni am Berliner Firmenlauf teil. Und das mit großem Erfolg! In der Mannschaftswertung landeten die Kollegen auf Platz drei. In der Einzelwertung bei den Frauen kam Dawn Domaschk vom

Ihr Ansprechpartner

Fraunhofer FOKUS auf den zweiten Platz. Insgesamt waren bei der 14. Auflage des Ber-

Steffen Pospischil

liner Firmenlaufs rund 12 000 Teilnehmerinnen und Teilnehmer am Start, die den Abend

Telefon: +49 30 39006-140

beim schönstem Wetter am Brandenburger Tor ausklingen ließen.

steffen.pospischil@ipk.fraunhofer.de

Ereignisse und Termine

Nachhaltigkeit erlernen SFB 1026 startet Schulkooperation »Dürfen wir jetzt unsere eigenen Handys auseinandernehmen«,

Der Lehrgang zu Ressourcenverbrauch bildete den Auftakt einer

fragt ein dunkelhaariger Junge begeistert. Er und seine Klassenka-

langfristigen Lehrkooperation zwischen dem SFB 1026 und der

meraden haben soeben erfolgreich Handys wieder zusammenge-

Wilma-Rudolph-Oberschule, die bereits seit 2013 in Planung war.

baut, nachdem die Einzelteile und verbauten Rohstoffe analysiert

In den nächsten Schritten umfasst die Kooperation unter ande-

waren. Die Teenager besuchen eine Klasse mit MINT-Schwerpunkt

rem den Einsatz der Schüler als Pilotklasse zum Einsatz der im SFB

an der Berliner Wilma-Rudolph-Oberschule, mit der der Sonderfor-

erstellten Lehrmaterialien für Oberschulen sowie den begleiteten

schungsbereich (SFB) 1026 kürzlich eine Lehrkooperation zu nach-

Aufbau eines 3-D-Drucker-Projekts.

haltiger Produktion aufgenommen hat. Am 12. Juni 2015 besuchte die Klasse das Produktionstechnische

Ihre Ansprechpartnerin

Zentrum Berlin für einen Lehrgang zum Ressourcenverbrauch in

Ina Roeder, M. A.

Fertigungsprozessen und Produkten. Zuvor hatten sich die Acht-

Telefon: +49 30 39006-246

klässler mit Hilfe von Lehrmaterial zu nachhaltiger Produktion auf

ina.roeder@ipk.fraunhofer.de

die Exkursion vorbereitet, das vom Projekt Public Awareness (PA) des SFB entwickelt und zur Verfügung gestellt worden war. Nach einem Einführungsvortrag zu Nachhaltigkeit in der Produktion wurde den Schülern ein Lehrfilm zu dem Thema gezeigt, gedreht von TU-Studierenden, angeleitet durch SFB-Wissenschaftler. Anschließend wurde die Klasse in Arbeitsgruppen geteilt und widmete sich den Rohstoffen in Handys und einer Demonstration zu nachhaltigen Technologien im Versuchsfeld des Produktionstechnischen Zentrums.

FUTUR 2/2015

Tschechischer Vizepremier besucht das Fraunhofer IPK Am 30. Juni empfing das Fraunhofer IPK eine hochrangige Delegation aus der Tschechischen Republik. Vizepremier Dr. Pavel Bělobrádek, Minister für Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsbeihilfen der Tschechischen Republik, war in Begleitung seines Staatssekretärs Dr. Arnošt Marks sowie des Botschafters der Tschechischen Republik in Berlin, Tomáš Jan Podivínský, zu Gast im Institut. Prof. Jörg Krüger und Dr. Bertram Nickolay begrüßten die Delegation des Ministers, der sich ein Bild von der Funktionsweise des Fraunhofer-Modells und der Arbeit des Fraunhofer IPK machen wollte. Neben Aufbau und Mission der Fraunhofer-Gesellschaft und einzelnen Projekten des Fraunhofer IPK waren vor allem die Aktivitäten des Instituts in der Tschechischen Republik sowie die bereits bestehenden Kooperationen mit tschechischen Partnern Gegenstand der Gespräche. Für die tschechischen Gäste war dabei das geplante Fraunhofer Project Center in Prag, das in Kooperation mit der Tschechischen Technischen Universität Prag aufgebaut werden

Dr. Bertram Nickolay, Prof. Jörg Krüger, Vizepremier Dr. Pavel Bělobrádek, Staatssekretär Dr. Arnošt Marks, Botschafter Tomáš Jan Podivínský (v. l. n. r.)

soll, ein wichtiger Themenpunkt. Ihr Ansprechpartner Dr.-Ing. Bertram Nickolay Telefon: +49 30 39006-201 bertram.nickolay@ipk.fraunhofer.de

Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik auf der »parts2clean« In diesem Jahr fand die dreizehnte internationale Leitmesse für industrielle Teile- und Oberflächenreinigung vom 9. bis 11. Juni erstmals in alleiniger Verantwortung der Deutschen Messe AG statt. Die Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik, nachwievor fachlicher Koordinationspartner der parts2clean, war wieder mit einem Messestand in unmittelbarer Nachbarschaft zum Fachforum vertreten. Letzteres bot mit dem Schwerpunktthema »Anforderungen und Besonderheiten bei der Reinigung von Leichtbauwerkstoffen« unter der Moderation und fachlichen Leitung der Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik wieder zahlreiche Fachvorträge aus Industrie und Wissenschaft zu den Themen Reinigungsmedien, Badpflege, Sonderverfahren Entgraten, vor- und nachgelagerte Prozesse sowie Qualitätssicherung und Analytik. Insgesamt waren 254 Unternehmen aus 15 Ländern auf der diesjährigen Messe vertreten. Rund 4 100 Fachbesucher kamen auf das Stuttgarter Messegelände. »Die parts2clean ist eine der wichtigsten Plattformen für die FraunhoferAllianz Reinigungstechnik. Neben der Präsentation unserer Forschungsergebnisse bietet uns die Messe hervorragende Gelegenheiten, konkrete Entwicklungsprojekte mit Entscheidungsträgern aus

Ihr Ansprechpartner

der Industrie anzubahnen. Das hat sich auch in diesem Jahr wieder

Dipl.-Ing. (FH) Johannes Mankiewicz

bestätigt«, so Johannes Mankiewicz, Sprecher der Geschäftsstelle

Telefon: +49 30 39006-154

der Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik.

johannes.mankiewicz@ipk.fraunhofer.de

Ereignisse und Termine

Mediendialog Berlin – Virtual Reality »Reality leaves a lot to the imagination.« John Lennon Im kommenden Jahr launchen Oculus und Sony ihre ersten mit

mentation eines Produkts. Typischerweise sind sie hochgradig ver-

Spannung erwarteten Virtual-Reality-Brillen für den Massenmarkt.

netzt, Anforderungen, Funktionen und Bauteile bilden ein kom-

Doch nicht nur die Technologie stößt auf großes Interesse, sondern

plexes System. Rothenburg zeigte, was er und seine Kollegen vor

auch die Frage nach den Möglichkeiten, die sich daraus ergeben.

allem im Bereich der intuitiven Interaktion mit virtuellen Prototypen

Beim Mediendialog Berlin – Virtual Reality, einer gemeinsamen

leisten: innovative haptische Interaktionsmethoden, Echtzeitsimu-

Veranstaltung des Medienboard Berlin-Brandenburg und der IHK

lation und Techniken der Virtuellen Realität ermöglichen es Pro-

Berlin am 14. Juli im Bikini Berlin, wagten drei VR-Experten aus

duktentwicklern, frühzeitig komplexe Produkte funktional erlebbar

den Bereichen Medienproduktion, Forschung und Werbung einen

zur erproben, wie es derzeit nur mit physischen Prototypen möglich

Blick in die Zukunft und stellten ihre Erfahrungen aus der Praxis

ist. Allen Akteuren im Produktentstehungsprozess wird dadurch eine

vor. Uwe Rothenburg, Leiter der Abteilung Modellbasiertes Entwi-

Entwicklungsumgebung zur Verfügung gestellt, die dazu beiträgt,

ckeln am Fraunhofer IPK, übernahm den Forschungspart und gab

dass Verbesserungsschleifen verkürzt werden, Produkte wie geplant

den über 100 Gästen der Veranstaltung einen Einblick in neueste

funktionieren und vom Anwender akzeptiert werden.

Entwicklungen im Bereich Virtual und Augmented Reality und der

Weitere Informationen dazu unter:

www.medienboard.de

Anwendung von VR im industriellen Kontext. Ihr Ansprechpartner Modellbasiertes Entwickeln stellt virtuelle Produktmodelle in das

Dipl.-Ing. Uwe Rothenburg

Zentrum der Entwicklungstätigkeit. Diese Modelle tragen die

Telefon: +49 30 39006-125

wesentlichen Informationen für die Erzeugung, Analyse und Doku-

uwe.rothenburg@ipk.fraunhofer.de

Uwe Rothenburg, VR-Experte am Fraunhofer IPK, war einer der Speaker beim Mediendialog Berlin ((Foto: Medienboard Berlin-Brandenburg)

FUTUR 2/2015

Termine Mehr Können – Veranstaltungen 2015 Unsere Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung präsentieren wir regelmäßig auf Messen, Konferenzen, Technologietagen, Industrieworkshops und in Seminaren. Wo und wann Sie mit uns ins Gespräch kommen können, verrät Ihnen unser Terminkalender. 21. September 2015

Seminar: Geschäftsprozessmanagement 2 – für Fortgeschrittene

21. – 25. September 2015

Seminar: PLM Professional (3. Lehrgangswoche in Berlin)

23. – 25. September 2015

Seminar: Grundlagenseminar Reinigungstechnik

25. September 2015

Workshop: Lifecycle Monitoring

1. Oktober 2015

Studiengang: Internationaler Master (M.Sc.) Global Production Engineering

26. – 29. Oktober 2015

Tagung: TRIZ Future Conference 2015

2. – 5. November 2015

Tagung: WAFA 2015 – 3. International Conference in Africa and Asia on Welding and Failure Analysis

3. November 2015

PDM/PLM realisieren!

11. November 2015

Seminar: Industrielle Teilereinigung mit Kohlendioxid

12. – 13. November 2015

IAK: Forum Strahltechnik

17. November 2015

Tagung: 5. Berliner Requirements Engineering Symposium

20. November 2015

Seminar: Wissensmanagement mit Social Media

23. November 2015

Seminar: Best Practice Manager

23. – 27. November 2015

PLM Professional (1. Lehrgangswoche in Berlin)

Weitere Informationen zu den Veranstaltungen und Möglichkeiten zur Anmeldung finden Sie unter www.ipk.fraunhofer.de/weiterbildung

TIPP Applikationen der Mikrozerspanung Industrieworkshop aus der Reihe »Praxis der Mikrofertigung«, 10. – 11. März 2016 Die Herstellung von miniaturisierten Bauteilen mit Features im Mikrometerbereich ist ein stark wachsendes Spezialgebiet der zerspanenden Fertigung. Wie die gewünschte Präzision am Bauteil erreicht werden kann, erfahren Sie beim 14. Industrieworkshop aus der Reihe »Praxis der Mikrofertigung«. Anwendungsnahe Makro-Innovationen speziell aus dem Bereich der Mikrozerspanung bilden den Rahmen für eine Auswahl interessanter Einsatzfelder und Praxislösungen. ReferentInnen aus Industrie und Wissenschaft werden sich hier vor allem den Themenschwerpunkten der Werkzeug-, Maschinen- und Prozesstechnik widmen und über aktuelle FuE-Trends berichten. Das vielfältige Programm aus Vorträgen von Anbietern, Anwendern und Forschungseinrichtungen richtet sich an ExpertInnen aus Industrie und Wissenschaft und bietet Ihnen die Gelegenheit neue Impulse zu setzen. Weitere Informationen und Anmeldung: www.ipk.fraunhofer.de/weiterbildung

Kurzprofil Produktionstechnisches Zentrum (PTZ) Berlin Das Produktionstechnische Zentrum PTZ Berlin umfasst das Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF der Technischen Universität Berlin und das Fraunhofer -Institut für Produktionsanlagen und Kons truktionstechnik IPK. Im PTZ werden Methoden und Technologien für das Management, die Produktentwicklung, den Produktionsprozess und die Gestaltung industrieller Fabrikbetriebe erarbeitet. Zudem erschließen wir auf Grundlage unseres fundierten Know-hows neue Anwendungen in zukunftsträchtigen Gebieten wie der Sicherheits-, Verkehrs- und Medizintechnik. Besonderes Ziel des PTZ ist es, neben eigenen Beiträgen zur anwendungsorientierten Grundlagenforschung neue Technologien in enger Zusammenarbeit mit der Wirtschaft zu entwickeln. Das PTZ überführt die im Rahmen von Forschungsprojekten erzielten Basisinnovationen gemeinsam mit Industriepartnern in funktionsfähige Anwendungen. Wir unterstützen unsere Partner von der Produktidee über die Produktentwicklung und die Fertigung bis hin zur Wiederverwertung mit von uns entwickelten oder verbesserten Methoden und Verfahren. Hierzu gehört auch die Konzipierung von

Ihre Ansprechpartner im PTZ Berlin Unternehmensmanagement Prof. Dr.-Ing. Holger Kohl Telefon +49 30 39006-233 holger.kohl@ipk.fraunhofer.de Virtuelle Produktentstehung, Industrielle Informationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark Telefon +49 30 39006-243 rainer.stark@ipk.fraunhofer.de Produktionssysteme, Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Telefon +49 30 39006-101 eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de Füge- und Beschichtungstechnik (IPK) Prof. Dr.-Ing. Michael Rethmeier Telefon +49 30 8104-1550 michael.rethmeier@ipk.fraunhofer.de Füge- und Beschichtungstechnik (IWF) Prof. Dr.-Ing. Driss Bartout Telefon +49 30 314-21082 driss.bartout@tu-berlin.de Automatisierungstechnik, Industrielle Automatisierungstechnik Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger Telefon +49 30 39006-181 joerg.krueger@ipk.fraunhofer.de Montagetechnik und Fabrikbetrieb Prof. Dr.-Ing. Günther Seliger Telefon +49 30 314-22014 guenther.seliger@mf.tu-berlin.de Qualitätsmanagement, Qualitätswissenschaft Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem Telefon +49 30 39006-118 roland.jochem@ipk.fraunhofer.de Medizintechnik Prof. Dr.-Ing. Erwin Keeve Telefon +49 30 39006-120 erwin.keeve@ipk.fraunhofer.de

Produktionsmitteln, deren Integration in komplexe Produktionsanlagen sowie die Innovation aller planenden und steuernden Prozesse im Unternehmen.

Fraunhofer Innovationscluster LCE Life Cycle Engineering Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Telefon +49 30 39006-100 eckart.uhlmann@ipk.fraunhofer.de Next Generation ID Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger Telefon +49 30 39006-183 joerg.krueger@ipk.fraunhofer.de

Fraunhofer -Allianzen

Kompetenzzentren

AdvanCer Hochleistungskeramik Christian Schmiedel Telefon +49 30 39006-267 christian.schmiedel@ipk.fraunhofer.de

Additive Fertigung Dipl.-Ing. André Bergmann Telefon: +49 39006-107 andre.bergmann@ipk.fraunhofer.de

autoMOBILproduktion Dipl.-Ing. Eckhard Hohwieler Telefon +49 30 39006-121 eckhard.hohwieler@ipk.fraunhofer.de

Anwendungszentrum Mikroproduktionstechnik (AMP) Dr.-Ing. Dirk Oberschmidt Telefon +49 30 39006-159 dirk.oberschmidt@ipk.fraunhofer.de

Generative Fertigung Dipl.-Ing. Benjamin Graf Telefon: +49 39006-374 benjamin.graf@ipk.fraunhofer.de

Benchmarking Dipl.-Wirt.-Ing. Oliver Riebartsch Telefon +49 30 39006-262 oliver.riebartsch@ipk.fraunhofer.de

Numerische Simulation von Produkten, Prozessen Dipl.-Ing. Raphael Thater Telefon +49 30 39006-375 raphael.thater@ipk.fraunhofer.de

Elektromobilität Dipl.-Ing. Werner Schönewolf Telefon +49 30 39006-145 werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de

Reinigungstechnik Dipl.-Ing. Johannes Mankiewicz Telefon +49 30 39006-154 johannes.mankiewicz@ipk.fraunhofer.de

Mehr Können – Veranstaltungen 2015 Claudia Engel Telefon +49 30 39006-238 claudia.engel@ipk.fraunhofer.de

SysWasser Dipl.-Ing. Gerhard Schreck Telefon +49 30 39006-152 gerhard.schreck@ipk.fraunhofer.de

PDM/PLM Dr.-Ing. Haygazun Hayka Telefon +49 30 39006-221 haygazun.hayka@ipk.fraunhofer.de

Verkehr Dipl.-Ing. Werner Schönewolf Telefon +49 30 39006-145 werner.schoenewolf@ipk.fraunhofer.de

Prozessmanagement Dr.-Ing. Thomas Knothe Telefon +49 30 39006-195 thomas.knothe@ipk.fraunhofer.de

Arbeitskreise

Simulation und Fabrikplanung Dr.-Ing. Thomas Knothe Telefon +49 30 39006-195 thomas.knothe@ipk.fraunhofer.de

Berliner Runde (Werkzeugmaschinen) Dipl.-Ing. (FH) Lukas Prasol, M. Sc. Telefon +49 30 314-23568 prasol@iwf.tu-berlin.de Keramikbearbeitung Alexander Eulitz, M. Sc. Telefon +49 30 314-24963 eulitz@iwf.tu-berlin.de Mikroproduktionstechnik Dr.-Ing. Dirk Oberschmidt Telefon +49 30 39006-159 dirk.oberschmidt@ipk.fraunhofer.de Strahltechnik Simon Motschmann Telefon +49 30 39006-269 simon.motschmann@ipk.fraunhofer.de Werkzeugbeschichtungen und Schneidstoffe M. Sc. Dipl.-Ing. (FH) Paul Fürstmann Telefon +49 30 314-21791 paul.fuerstmann@iwf.tu-berlin.de

Self-Organising Production (SOPRO) Dipl.-Ing. Eckhard Hohwieler Telefon +49 30 39006-121 eckhard.hohwieler@ipk.fraunhofer.de Virtual Reality Solution Center (VRSC) Dr.-Ing. Johann Habakuk Israel Telefon +49 30 39006-109 johann.habakuk.israel@ipk.fraunhofer.de Wissensmanagement Dipl.-Kfm. Ronald Orth Telefon +49 30 39006-171 ronald.orth@ipk.fraunhofer.de Zentrum für Innovative Produktentstehung (ZIP) Dr.-Ing. Haygazun Hayka Telefon +49 30 39006-221 haygazun.hayka@ipk.fraunhofer.de