Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation (FBK)
Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU)
Kurzprofil
Der Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation (FBK) vertritt im Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik der RPTU die Gebiete Fertigungstechnologie und Produktionssysteme in Forschung und Lehre. Die Arbeiten verbinden technologische, organisatorische, digitale und nachhaltigkeitsbezogene Fragestellungen der industriellen Produktion.
In enger Zusammenarbeit mit Unternehmen entwickelt und untersucht der FBK Fertigungsverfahren, digitale Produktionssysteme, daten- und KI-basierte Methoden sowie Ansätze zur nachhaltigen Gestaltung von Fabriken, Maschinen und Produktionsprozessen. Kooperationen in der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik (WGP) und der Internationalen Akademie für Produktionstechnik (CIRP) ergänzen den wissenschaftlichen Austausch.
Kompetenzfelder/Leistungsangebote
Im Zentrum der Forschung zur additiven Fertigung am FBK stehen Verfahren zur Herstellung metallischer Bauteile wie das Pulverbettverfahren und das Laserauftragsschweißen. Der Fokus der Arbeiten liegt auf Prozesskettenanalysen, der Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Prozessführung und resultierenden Bauteileigenschaften und auf der energetischen Betrachtung der additiven Fertigung.
Weiterhin werden die Möglichkeiten der spanenden Nachbearbeitung additiv gefertigter Bauteile und die Interaktionen und Wechselwirkungen zwischen additiven und spanenden Fertigungsschritten untersucht, um anforderungsgerechte Funktionsflächen herzustellen.Die Kombination additiver und spanender Fertigung ermöglicht die Entwicklung durchgängiger Prozessketten für Bauteile mit komplexen Geometrien und hohen Anforderungen an Funktionsflächen, Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität.
Darüber hinaus werden industrienahe Machbarkeitsstudien durchgeführt sowie die Planung, Anwendung und Optimierung von additiven Produktionsprozessen untersucht.
Nutzen und Mehrwert
Folgende Leistungsschwerpunkte werden im Kompetenzfeld der additiven Fertigung angeboten:
– Prozessentwicklung
– Prozessbewertung
– Additiv-subtraktive Prozessketten
– Bewertung und Anpassung von Bauteilen hinsichtlich additiver Fertigung
- Metallische Additive Fertigung
- Pulverbettverfahren
- Laserauftragsschweißen
- Hybridfertigung
- Prototypenbau
- Kleinserie
- Prozesskette
- Nachbearbeitung
Die Einführung und Nutzung digitaler Technologien bietet weitreichende Potenziale zur Planung und zum Betrieb von Produktionssystemen und zur Verbesserung der darin ablaufenden Prozesse. Das FBK erforscht die Nutzbarmachung dieser Technologien. Hierzu werden neben der Grundlagenforschung praxisgerechte Methodiken entwickelt, kundenorientierte Problemlösungen erarbeitet und beispielhafte Demonstratorsysteme implementiert.
Ein Schwerpunkt ist die digitale Modellbildung verschiedener Aspekte des Produktionssystems. Auf Basis von Informationen und Daten aus Produktionssystemen werden hierzu Simulationen entwickelt und datenbasierte Methoden fallspezifisch nutzbar gemacht. Weiterhin werden organisatorisch-technische Effekte der Einführung digitaler Technologien in Produktionssystemen untersucht. Zur Unterstützung von Planung, Betrieb und Optimierung von Produktionssystemen werden Ansätze aus dem VR/AR-Bereich erforscht. Neben der Nutzung etablierter Technologien werden kontinuierlich neue technologische Trends und Entwicklungen hinsichtlich ihrer Anwendungsrelevanz in der Produktion bewertet und erschlossen. Forschungsschwerpunkte liegen unter anderem in der Untersuchung und Implementierung von maschinellem Lernen sowie der Anwendung von Quantencomputing zur Optimierung komplexer industrieller Prozesse.
Im Rahmen des Projekts KI4KMU-RLP unterstützt der FBK gemeinsam mit weiteren Forschungspartnern produzierende kleine und mittlere Unternehmen bei der Identifikation und Umsetzung geeigneter KI-Anwendungen. Dazu gehören KI-Potenzialanalysen, die Auswahl geeigneter Anwendungsfälle und die fachliche Begleitung bis zur prototypischen Umsetzung in einem Demonstrator.
Nutzen und Mehrwert
Folgende Leistungsschwerpunkte werden im Kompetenzfeld der Digitalen Technologien für Produktionssysteme angeboten:
– Planung und Durchführung von Digitalisierungsvorhaben in der Produktion
– Schulungen im Bereich des maschinellen Lernens und Entwicklung maßgeschneiderter KI-Lösungen zur Verbesserung industrieller Produktionsprozesse
– Simulationsgestützte Planung und Optimierung von Produktions- und Materialflusssystemen
– Nutzung von Produktionsdaten zur Ableitung von Prognosemodellen
– KI-Potenzialanalysen und Auswahl geeigneter industrieller Anwendungsfälle
– Fachliche Begleitung bei der prototypischen Umsetzung datenbasierter Lösungen
– Bewertung technologischer Voraussetzungen, Nutzenpotenziale und wirtschaftlicher Einsatzmöglichkeiten
- Künstliche Intelligenz
- Maschinelles Lernen
- KI-Potenzialanalyse
- Produktionsdaten
- Demonstrator
- Digitale Fabrik
- Materialflusssimulation
- VR/AR
- Quantencomputing
Die steigende Nachfrage nach mikrotechnischen Produkten und miniaturisierten Bauteilen in kleinen und mittleren Stückzahlen erfordert flexible Mikrobearbeitungsprozesse. Am FBK werden neben der klassischen Ultrapräzisionsbearbeitung für die Herstellung optischer Komponenten die Möglichkeiten des Mikroschleifens, Mikrofräsens und Mikrobohrens mit Werkzeugdurchmessern unter 50 µm untersucht. Die Forschungstätigkeiten umfassen neben der Werkzeugentwicklung auch die Untersuchung von Zerspanprozessen und Prozess-Maschine-Interaktionen, die einen hohen Einfluss auf das Arbeitsergebnis haben. Weiterhin werden Mikrobearbeitungsmaschinen und spezielle Maschinenkomponenten entwickelt.
Nutzen und Mehrwert
Unternehmen können bei der Entwicklung von Werkzeugen, Maschinenkomponenten und Prozessen für die Mikro- und Ultrapräzisionsbearbeitung unterstützt werden. Das Angebot umfasst Werkzeug- und Prozessentwicklung sowie die Entwicklung und Fertigung von Kalibriernormalen. Für die Fahrzeugindustrie ist dies insbesondere bei Präzisionskomponenten, Sensorik, optischen Systemen und mikrostrukturierten Funktionsflächen relevant.
- Mikrobearbeitung
- Ultrapräzisionsbearbeitung
- Mikrofräsen
- Mikroschleifen
- Mikrobohren
- Präzisionsbauteile
- Kalibriernormale
- Sensorik
- Optische Komponenten
Im Forschungsfeld „Nachhaltigkeit in der Produktion“ werden Methoden zur Planung, Bewertung und Verbesserung der ökologischen Nachhaltigkeit von Fabriken, Maschinen und Prozessen entwickelt. Diese ganzheitliche Betrachtung umfasst die lebenszyklusorientierte Analyse sämtlicher Schritte industrieller Wertschöpfungsketten von Produkten und Produkt-Service-Systemen. Es werden hierbei unter Nutzung repräsentativer Anwendungsfälle Ansätze entwickelt, mit denen die ökologische Nachhaltigkeit durch innovative Technologien und Methoden systematisch erfasst, modelliert und verbessert werden kann. Das Forschungsfeld orientiert sich an den Zielen zur nachhaltigen Entwicklung der Vereinten Nationen „Industrie, Innovation und Infrastruktur“, „Nachhaltiger Konsum und Produktion“, sowie „Maßnahmen zum Klimaschutz“.
Nutzen und Mehrwert
Unternehmen können Fabriken, Maschinen und Produktionsprozesse hinsichtlich Energiebedarf, Ressourceneinsatz und Umweltwirkungen erfassen, modellieren und bewerten. Darauf aufbauend können Maßnahmen zur energie- und ressourceneffizienten Prozessgestaltung sowie nachhaltige Produkt-Service-Systeme entwickelt werden.
Für Fahrzeughersteller und Zulieferer ist dies insbesondere bei der Dekarbonisierung von Produktionsstandorten, der Bewertung von Fertigungsalternativen und der nachhaltigen Gestaltung von Wertschöpfungsketten relevant.
- Nachhaltige Produktion
- Energieeffizienz
- Ressourceneffizienz
- Umweltbewertung
- Lebenszyklusanalyse
- Dekarbonisierung
- Fabrikplanung
- Produkt-Service-Systeme
- Automotive Production
Im Fokus des Forschungsfelds Zerspantechnologie steht die Erforschung der Möglichkeiten der Funktionalisierung von Oberflächen. So können neben der reinen Geometrieerzeugung der Bauteile auch die Werkstoffeigenschaften gezielt beeinflusst werden. Verlängerte Lebensdauern oder erweiterte Funktionen sind die Folge.
Hierzu werden die Möglichkeiten der Gestaltung der Zerspanwerkzeuge und Anpassungen am Zerspanprozess untersucht. Die Werkzeuge werden hinsichtlich ihres Verschleißverhaltens, der Span- und Gratbildung sowie des verbesserten Einsatzes von Prozesshilfsstoffen optimiert. Die Funktionalisierung von Oberflächen durch eine gezielte Prozesssteuerung wird beispielsweise durch Anpassung der Prozesskinematik oder den Einsatz kryogener Medien erreicht.
Nutzen und Mehrwert
Unternehmen können bei der Entwicklung und Optimierung spanender Fertigungsprozesse, Werkzeuge und Kühlstrategien unterstützt werden. Untersuchungen zu Werkzeugverschleiß, Span- und Gratbildung sowie zum gezielten Einsatz von Prozesshilfsstoffen ermöglichen eine anforderungsgerechte Prozessauslegung.
Durch die gezielte Prozesssteuerung können Oberflächen und Randzoneneigenschaften funktional beeinflusst und dadurch beispielsweise Verschleißverhalten, Lebensdauer und Bauteilfunktion verbessert werden. Dies ist für hoch beanspruchte Fahrzeug- und Antriebskomponenten besonders relevant.
- Zerspanung
- Werkzeugentwicklung
- Prozessentwicklung
- Werkzeugverschleiß
- Oberflächenfunktionalisierung
- Kryogene Bearbeitung
- Kühlstrategien
- Bauteillebensdauer
- Antriebskomponenten
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