Wissenschaft

Werkzeuge aus 3D-Drucker: Uni Siegen forscht für Mittelstand

Räumlich soll das neue Forschungszentrum zunächst am Paul-Bonatz-Campus angesiedelt werden.

Räumlich soll das neue Forschungszentrum zunächst am Paul-Bonatz-Campus angesiedelt werden.

Foto: Hendrik Schulz

Siegen.   Mit dem Smart Production Design-Zentrum SMAP soll der Produktionsprozess gezielt für Bedürfnisse der heimischen Industrie revolutioniert werden.

Die Universität Siegen will ihre Forschung im Bereich Maschinenbau gezielt auf die Bedürfnisse der heimischen mittelständischen Industrie im ländlichen Raum ausrichten, gerade im Hinblick auf digitale Anwendungen im Produktionsprozess (Industrie 4.0). Die Hochschule hat drei Millionen Euro Fördermittel erhalten, um ein Smart Production Design-Zentrum (SMAP) einzurichten.

Hier soll zusammen mit den Betrieben ein neuartiges Verfahren zur Werkzeugherstellung entwickelt und der Wirtschaft zur Verfügung gestellt werden – als verlängerte Werkbank des Siegerländer Mittelstands. „Es wird ein ganz neues Forschungsfeld eröffnet“, sagt Forschungs-Prorektor Prof. Peter Haring Bolivar.

Die Forschung: Was nützt Digitalisierung dem Mittelstand?

Zentrale Fragestellung: Was nützt eigentlich Digitalisierung dem Mittelstand und der Hochschule? Die Siegener Wissenschaftler denken dazu den Produktionsprozess neu und konzentrieren sich auf einen Bereich, der für fast jeden Industriebetrieb wesentlich ist: Den Werkzeugbau. Hier soll die additive Fertigung in den Blick rücken – 3D-Druck. Werkzeuge werden meist aus Metallblöcken herausgearbeitet, also Material entfernt, erklärt Projektleiter Prof. Bernd Engel (Umformtechnik). Mit der Zeit nutzen sie sich ab und überschreiten Fertigungstoleranzen. Im SMAP wird künftig daran gearbeitet, mit Hilfe eines Aufschweißsystems Werkzeuge aufzubauen, es wird Material hinzugefügt.

Dazu wird die gesamte Produktionskette betrachtet: Wie müssen die hergestellten Produkte gestaltet sein? Wie verlässlich sind gedruckte Werkzeuge? Wie können Sensoren integriert, intelligente Werkzeuge hergestellt werden? Und: Wie arbeitet der Mensch in dieser Umgebung?

Das Zentrum: Fünf Lehrstühle arbeiten interdisziplinär zusammen.

Fünf Lehrstühle der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät IV sind involviert: Umformtechnik, Produktentwicklung, Fertigungsautomatisierung, Computergestützte Gruppenarbeit und Soziale Medien sowie Höchstfrequenztechnik und Quantenelektronik. Interdisziplinäre Zusammenarbeit sei wesentlich, es gebe im Maschinenbau viele Aktivitäten mit der Wirtschaft, aber keine Struktur, die die volle Breite des Produktionsprozesses abbilden kann, sagt Haring Bolivar. Das soll das SMAP künftig leisten und verschiedene Blickwinkel zusammenführen. „Das ist keine Spielwiese für Professoren“, sagt er, dessen Lehrstuhl für Höchstfrequenztechnik beteiligt ist, es gehe um reale Produkte. „Die Mittelständler wollen real nutzbare Technologien.“ Man wolle sich nicht als allwissende Uni gerieren, „die der Industrie sagt, wie’s läuft“, betont Haring Bolivar. Man orientiere sich vielmehr klar an den Bedürfnissen der Betriebe und leite daraus die Forschung ab.

Räumlich verortet wird das SMAP zunächst am Campus Paul-Bonatz-Straße. Etwa die Hälfte der Mittel geht in die Anschaffung der hoch spezialisierten Geräte, die andere Hälfte wird für neues Personal benötigt. Die Projektzeit beträgt drei Jahre. Dann, so die Hoffnung der Wissenschaftler, haben sich Zentrum und Kooperationen so gut entwickelt, dass das SMAP als Dienstleister für die Wirtschaft marktreife Produkte herstellen kann.

Die Anwendung: Intelligente Werkzeuge mit integrierten Sensoren

Metallene Produkte aus dem 3D-Drucker eignen sich nicht als Massenware – die Fertigung dauert sehr lange. Also Werkzeuge. Die müssen bestimmte Anforderungen erfüllen, altern, nutzen sich ab. Bei dem Aufschweißsystem wird Metallpulver aufgebracht und mit einem Laser geschmolzen und an Ort und Stelle verschweißt, dort, wo es benötigt wird, erklärt Prof. Martin Manns (Fertigungsautomatisierung). Nutzt sich ein Werkzeug ab, wird eben Material nachgedruckt.

Oder: Beim Umformen ist der zu verarbeitende Werkstoff oft von wechselhafter Qualität. Im Werkzeug enthaltene Sensoren können das erkennen und im Produktionsprozess entsprechend reagieren. „Bei dem Verfahren entwickelt sich große Hitze, die Sensoren dürfen bei der Fertigung natürlich nicht zerstört werden“, so Prof. Tamara Reinicke (Produktentwicklung).

Dabei sollen Unternehmer und Belegschaften mitgenommen werden. Die Verfahren, die im SMAP erforscht werden sollen, sollen die Funktionalität im Betrieb erhöhen und nicht Mitarbeiter ersetzen. „Eine neuartige Maschine in die Halle stellen reicht nicht“, meint Prof. Volkmar Pipek (Computergestützte Gruppenarbeit), man müsse die Informationen zwischen Mensch und Maschine, die dazu nötige Kooperationsinfrastruktur, Erfahrungen und Wissenstransfer genau untersuchen und austarieren.

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