Forum 4: Produktion und Neue Materialien Impulsreferat

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Markus Giese
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1 Forum 4: Produktion und Neue Materialien Impulsreferat Forschung und Innovation in Europa November 2010, Haus der Wirtschaft Baden-Württemberg, Stuttgart Engelbert Westkämper Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. (mult) Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF, Universität Stuttgart Graduate School of excellence for adv. Manufacturing Engineering GSaME, Universität Stuttgart Enabling Technologies for manufacturing beyond state of the art High Performance cost, time, quality Dimensions micro- and nanoscale Environmental green, clean, sustainable Generative Processes rapid technologies Adaptive Processes self-organisation Energy consumption electric, heat, Resource consumption material, air, oil, Intelligent Mechatronic Systems Processtechnologies Design & Engineering & Manufacturing Management Cognition Based ICT Intelligent Manufacturing Advanced Materials Nano-Scale Technologies Folie 2

2 Beispiel: Materialkonzept der Audi A8-Karosserie 247, 0 kg Extrusionsprofile (Al) Gewicht [kg] Stahlblech Aluminiumblech Strukturgussbauteile (Al) Konzept Folie 3 236,8 235, 4 235, 5 231, 8 P-Freigabe B-Freigabe Projektziel: 233,0 kg 231, , 0 SOP Gewichtsreduzierung im Entwicklungsprozess durch Konzept, Bauteil und Wandstärkenoptimierung Body In White: 231,0 kg Body In White mit Anbauteilen: 300,7 kg Quelle: Audi sind Treiber der technischen Entwicklungen Systeme Bauelemente Baugruppen Produkte Neue Prozessinnovationen Produktinnovationen Fertigungs- Verfahren Maschinen Folie 4

3 Innovationen für den Maschinenbau aus der Werkstofftechnik Neue Verfahren - Laserbearbeitung - Beschichtung - Fügen, Kleben, Löten, Schweißen Neue Fertigungstechniken - Herstellung von Verbundwerkstoffen - Herstellung von Funktionswerkstoffen - Herstellung von adaptiven n Optimierung der Maschinen u. Anlagen - Nutzung neuer in den Bauteilen und Komponenten - Know-how in der Bearbeitung - Prozesstechnologie - Werkzeugbau - Beherrschung technischer Grenzen Qualität, Präzision - Kosten- und Zeitvorteile - Neue Märkte - Vielfalt der erfordert Spezialisierung Der Maschinenbau erhält aus der Werkstofftechnik breite Impulse für die Entwicklung und Anwendung neuer Maschinen Folie 5 Ziele und Wirkungsketten neuer Technologien Beispiele neuer Struktur - Metalle Keramik Polymere Glas Leichtbau Hochtemp. Spezialstähle Amorphe Stoffe Oxide Boride Karbide Nitride Silizide Mehr Komponenten Permeation Spezialglas Glasfasern Faserlaser Biogläser Sonstige Natürliche Biomimetisch Funktions- Memory Magnet Supralegier. elektrisch optische chemisch biologisch elektrisch optische chemisch biologisch Poröse Gläser Sol-Gel Nanokristallin Flüssigkristallin Fullerene Dendrimere Graphene Verbund- / Intelligente Folie 6

4 Werkstoff - Engineering Geplante -, - Nutzung und - Funktionen der Produkte Werkstoff-Engineering Maßgeschneiderte Material Tailoring - Strukturwerkstoffe - Funktionswerkstoffe Veränderung der im Einsatz Adaptive Material - Smart Materials Folie 7 Werkstoffdesign und Auswirkungen Wissenschaftliche Grundlagen - chemische, - morphologische Struktur Messtechnik zur Charakterisierung Theoretische Modelle Modelle zur Berechnung Konstruktive Gestaltung mit: - Nutzungsanalytik ( Belastungen, etc.) - Funktionsdesign - Berechnung - Erprobung, - Prototyping - Simulation Werkstofffertigung und Bearbeitung: - Vielfalt - Neue Verfahren - Laser - Beschichtung - Fügen - Messen - Spezialisierung der Prozesse und Parameter Prozesssicherheit - Qualität Jedes Bauteil wird entsprechend den funktionalen Anforderungen optimiert Folie 8

5 Beispiel Oberflächentechnik Alle industriell gefertigten Bauteile haben eine funktionale Oberfläche... Früher: aus der mechanischen Konstruktion abgeleitete Funktionen unbeschichtet geometrische Präzision Rauheit, Topographie mechanische Härte,... beschichtet Korrosionsschutz Verschleißfestigkeit Farbe, Glanz... Grundwerkstoff dominierend Zukunft: Oberflächensystem mit anwendungsbezogenen unbeschichtet engere Toleranzen Mikrotopographie Randzoneneigenschaften beschichtet funktionale spezifiziert für die jeweiligen Anwendungen Grundwerkstoff und Beschichtung bestimmen die Funktionseigenschaften der Bauteile Folie 9 Entwicklung und Fertigung von Bauteilen aus Ingenieur-n Konstruktion und Simulation von igenschaften und Vorherbestimmung des Verhaltens Bauteile mit berechneten, reproduzierbaren Planung der Prozesse / Simulation von technischen Prozessen Prozesse mit berechneten, reproduzierbar einstellbaren Planung, Auslegung und Simulation von Fertigungsanlagen Fertigungsanlagen mit beherrschten Folie 10

6 Verfahrens- und Prozessketten Von den igenschaften... zu den spezifischen Bauteileigenschaften Metalle Hartmetalle Composites - Metall - Kunststoffe Kunststoffe Polymere Keramik Natur- (nachwachsende) Formgebung - Urformen - Umformen - Trennen - Fügen - Ändern der Stoffeigenschaften Beschichten - Elektrolytisch - Chemisch - Thermisch - Plasma PVD / CVD - Organisch - Oberflächenmodifikation... erfordert Engineering der Oberflächenbeschichtung Folie 11 Zukunftsweisende Technologien Prozesskette von den Grundlagen zum Produktionssystem + Schichtsysteme Verfahren Prozesse Anlagen Produktionssysteme Neue / Werkstoffkombinationen Opt. Konstruktion - Leichtmetalle - Polymere - Multiverbund Integrierte Funktionen Hochgeschwindigkeitsprozesse Miniaturisierung Präsisionsbearbeitung Integrierte Prozessketten Mess- Prüfverfahren Hochdynamische Anlagen Neue Bauweisen Parallelkinematik Mobile Anlagen Prozessnahe Prüftechnik Integr. Fehlerkompensation Fertigungsintegration Fertigungszellen Peripherie Konfigurierbare Systeme Hybride Strukturen E-Service Spezifisch funktional Leistung im Grenzbereich Technische Intelligenz Wandlungsfähigkeit Folie 12

Forschungsziele Förderung der ntwicklung für emergente Produkte Energietechnik, Verkehrstechnik, Fahrzeugtechnik, Haustechnik Elektromobilität Kooperative Technologieentwicklung Werkstofftechnik,

7 Forschungsziele Förderung der ntwicklung für emergente Produkte Energietechnik, Verkehrstechnik, Fahrzeugtechnik, Haustechnik Elektromobilität Kooperative Technologieentwicklung Werkstofftechnik, Prozesstechnik, Fertigungstechnik Integration der Prozessketten Prozessbeherrschung (Null-Fehler) Ressourceneffizienz Energieverbrauch für Halbzeuge und Produkte Dematerialisierung (Leichtbau, Near-Net-Technologien etc.) Substitutionstechnologien für Seltene Erden Werkstoff Recycling Technologien Werkstoffmodelle für das ngineering und Simulation Folie 13 Vielen Dank für Ihr Interesse! Forum 4: Produktion und Neue Materialien (Impulsreferat) Prof. Engelbert Westkämper

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