EREP – Erfolgreiches Remanufacturing durch datenbasierte Entscheidungsfindung und intelligente Prozessplanung

Die Kreislaufwirtschaft ist bereits seit Jahrzehnten ein geeignetes Modell, um Produktlebenszyklen ressourcenschonender zu gestalten. Hierbei werden im Allgemeinen die drei Kreisläufe Reuse, Remanufacturing und Recycling unterschieden.

Projektdetails

Die Kreislaufwirtschaft unterstützt die industrielle Fertigung auf dem Weg zur ökonomischen und ökologischen Nachhaltigkeit und fördert die Resilienz von deutschen Unternehmen gegenüber Verwerfungen im globalen Handel. Speziell das Remanufacturing ist eine vielversprechende Variante der Kreislaufführung, da sowohl die Energie- und die Rohstoffeffizienz gesteigert werden als auch Produkte der neuesten Generationen die Remanufacturing-Fertigungsketten verlassen. Aktuell beschränken sich die in der Industrie etablierten Remanufacturing-Prozesse auf den Austausch veralteter und defekter Komponenten durch Ersatzteile.

Im Rahmen des Projektes soll das Anwendungsgebiet des Remanufacturings erweitert werden, indem auch die Umgestaltung von Bauteilen durch eine intelligente und variable Prozessplanung ermöglicht wird. Die Grundlage für diese Verbreiterung des Anwendungsgebiets des Remanufacturings ist eine hybride Prozesskette, bestehend aus additiven und subtraktiven Verfahren. Im Speziellen soll eine Kombination aus einem Directed-Energy-Deposition-Verfahren (z. B. pulver- oder drahtbasiertes Laserauftragschweißen) und einer nachgelagerten Fräsbearbeitung untersucht werden. Im Projekt werden zwei Anwendungsfälle betrachtet: Gussgehäuse (Produkt), die im Nutzfahrzeugsektor aufgrund der langen Produktzyklen vergleichsweise geringe Design-Änderungen erfahren, und Tiefziehmatrizen (Betriebsmittel), die im Bereich des Fahrzeugbaus verwendet werden.

Vorgehen

Bei der Umsetzung der hybriden Fertigungskette aus additiven und subtraktiven Verfahren zum Remanufacturing von maschinell bearbeiteten Bauteilen liegen drei zentrale Herausforderungen vor:

Entscheidungsfindung: Es gilt automatisiert zu bewerten, ob sich ein Bauteil für die Umgestaltung in eine aktuelle Werkstückgeneration eignet. Hierbei ist sowohl eine Umwandlung in die direkten Nachfolgegenerationen als auch die Umgestaltung in andere Bauteile in Betracht zu ziehen.

Prozessplanung: Falls eine Umwandlung in eine aktuelle Bauteilgeneration möglich ist, müssen die hierfür notwendigen Fertigungsprozesse geplant werden. Insbesondere die Werkzeugpfade und die Prozessparameter der additiven und der subtraktiven Fertigung müssen mit einer geeigneten CAM-Umgebung geplant bzw. festgelegt werden.

Prozessdokumentation und -absicherung: Beim Remanufacturing wird der additive Fertigungsprozess häufig auf dreidimensional gekrümmten Freiformflächen ausgeführt. Dies stellt die Prozessführung vor zusätzliche Herausforderungen. Ferner sind Formfehler aufgrund von Deformationen und ungünstig gewählten Prozessparametern zu erwarten. Die spanende Nachbearbeitung muss diese Kontur-Abweichungen berücksichtigen können. Zur Dokumentation der Bauteilqualität und zur kontinuierlichen Verbesserung der Prozessplanung der additiven und subtraktiven Fertigungsprozesse gilt es, den Fertigungsprozess auf Basis von Maschinendaten und externer Sensorik zu überwachen und zu dokumentieren.

Dank

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Programm „Zukunft der Wertschöpfung – Forschung zu Produktion, Dienstleistung und Arbeit“ (Förderkennzeichen 02J21E112) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Wir danken dem BMBF für die Förderung und dem PTKA für die Betreuung sowie für die gute und vertrauensvolle Zusammenarbeit. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.