Prozesskettenoptimierung und Bauteilauslegung

Die Beherrschung mehrerer, individuell gewichteter Anforderungen (Kosten, Ressourcen, Qualität, Produktivität) zum Design einer Prozesskette erfordert den Einsatz virtueller Werkzeuge, wie z.B. Metamodelle. Ein Metamodell ist die mathematische Verknüpfung von Daten aus Experimenten und Simulationen, die den mehrdimensionalen Zusammenhang relevanter Parameter und Kriterien angibt. Metamodelle sind ein Weg zur multi-kriteriellen Optimierung und einer modellgestützten, prädiktiven Steuerung von Maschinen. Sie bieten unseren Kunden eine größtmögliche Übersicht über die Parameterabhängigkeiten und Grenzen ihrer verketteten Prozesse und deren Optimierung.

Ein aktuelles Beispiel ist die additive Fertigung. Sie erlaubt eine weitergehende Freiheit bei Design und maßgeschneiderter Funktionalität von realen Produkten, die eine Bauteilauslegung auch im Hinblick auf vor- und nachgelagerte Schritte einer Prozesskette eröffnen. Die Entwicklung von ganzheitlichen und durchgängigen Designwerkzeugen und Datenketten bzw. -standards bereitet den Weg zu einer smarten Auslegung von Prozessketten und Bauteilfunktionen.

Erhöhte Bauteilanforderungen, innovative Werkstoffe bzw. Werkstoffkombinationen, sowie neuartige Fertigungsverfahren erfordern in der Regel auch neue konstruktive Ansätze. Die an den Instituten des Fraunhofer-Verbunds Light & Surfaces entwickelten Verfahren, insbesondere die verschiedenen Laserstrahlschweiß- und Wärmebehandlungstechnologien, ermöglichen den Verbundsinstituten einen prozessgerechte und belastungangepasste Bauteilgestaltung, die eine erfolgreiche Umsetzung der Entwicklungen erlaubt. Dabei entstehen die Lösungen in enger Zusammenarbeit mit der jeweiligen Verfahrensentwicklung und den bestehenden werkstoffwissenschaftlichen Kompetenzen.

Analog zu den verfahrenstechnischen Prozesskettengestaltungen gelten die gleichen Vorgehensweisen für optische Komponenten. Das mechanische und optische Design am Fraunhofer IOF resultiert final in den Anforderungen und Auslegungen der Bauteile oder Systeme. Vielfach werden die Daten in einer geschlossenen Prozesskette zwischen Design, Fertigung und Vermessung rückgekoppelt, um bestmögliche Resultate zu erzielen.